[发明专利]多阶二维光栅结构及其制造方法、光波导装置和AR设备

权利要求书

1.一种多阶二维光栅结构，其特征在于，所述多阶二维光栅结构具有阵列组，所述阵列组包括：

多个第一柱体，其设置在基板的表面上并排列成二维周期阵列，其中每一个第一柱体具有彼此相对的顶面和底面，所述底面位于所述基板的表面上；以及

多个第二柱体，其分别设置在各自对应的第一柱体的顶面上，其中每一个第二柱体具有彼此相对的顶面和底面，所述第二柱体的底面被包含在对应的第一柱体的顶面内，并且所述第二柱体的底面形状不同于对应的第一柱体的底面形状。

2.根据权利要求1所述的多阶二维光栅结构，其中，所述阵列组还包括一个或多个附加阵列，所述附加阵列包括：

多个第三柱体，其分别设置在与其相邻的基面上，其中每一个第三柱体具有彼此相对的顶面和底面，所述第三柱体的底面被包含在所述基面内，并且所述第三柱体的底面形状不同于所述基面所对应的柱体的底面形状，所述基面是所述阵列组中的第二柱体的顶面或者另一个所述附加阵列中的第三柱体的顶面。

3.根据权利要求1所述的多阶二维光栅结构，其中，所述第一柱体和/或所述第二柱体的截面形状被构造成圆形、椭圆形、多边形及其任意组合，并且/或者所述第二柱体的底面是按照所述第一柱体的底面以预设的缩小率进行等比例缩小。

4.根据权利要求3所述的多阶二维光栅结构，其中，所述缩小率的范围是0.45-0.65。

5.根据权利要求1所述的多阶二维光栅结构，其中，所述第二柱体的中心轴关于所述第一柱体的中心轴偏置。

6.根据权利要求1所述的多阶二维光栅结构，其中，所述第二柱体的底面关于所述第一柱体的底面相切，并且所述相切点位于所述第二柱体的中心轴关于所述第一柱体的中心轴的偏置方向上。

7.根据权利要求1所述的多阶二维光栅结构，其中，所述第一柱体和所述第二柱体在垂直于所述基板的表面的方向上分别具有第一高度和第二高度，所述第一高度的范围为30nm-65nm，所述第二高度与所述第一高度具有基本上相当的高度。

8.根据权利要求1所述的多阶二维光栅结构，其中，在所述二维周期阵列的第一维度方向和第二维度方向所组成的二维平面内，所述第二柱体在该二维平面内的投影至少在三个方向小于对应的所述第一柱体在该二维平面内的投影。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的多阶二维光栅结构，其中，所述阵列组设置成从所述基板的表面向外凸出或者向内凹进。

10.一种光波导装置，其包括光波导基底、耦入区和耦出区，入射光线经由所述耦入区耦入所述光波导基底后再经由所述耦出区耦出，其特征在于，所述耦出区被构造成具有如权利要求1-9中任一项所述的多阶二维光栅结构。

11.一种AR设备，其特征在于，所述AR设备包括：

一个或多个如权利要求10所述的光波导装置；以及

投像装置，其布置在所述光波导装置的入光侧用于发送出图像光线，使其入射至所述光波导装置的耦入区。

12.一种多阶二维光栅结构的制造方法，其特征在于，包括步骤：

提供基板；以及

在所述基板的表面上构建多个第一柱体和多个第二柱体以形成阵列组，其中每一个第一柱体和每一个第二柱体被构造成各自具有彼此相对的顶面和底面，所述第一柱体的底面位于所述基板的表面上并且所述第一柱体排列成二维周期阵列，所述第二柱体分别位于各自对应的第一柱体的顶面上，所述第二柱体的底面被包含在对应的第一柱体的顶面内，并且所述第二柱体的底面形状不同于对应的第一柱体的底面形状。