[发明专利]一种衍射光波导器件及其制备方法

说明书

本发明实施例公开了一种衍射光波导器件及其制备方法。其中制备方法包括：提供一光波导基板，光波导基板包括第一光栅区域，光波导基板的第一光栅区域包括至少两个折射率不同的光栅子区域，每个光栅子区域内的折射率相同，且每个光栅子区域对应一次光线耦合输出；在第一光栅区域形成第一光栅结构，第一光栅结构位于光波导基板的一侧，第一光栅结构用于耦合输出所述光波导基板内的光线，第一光栅结构的栅线的高度相同。本发明实施例提供的制备方法制备的衍射光波导器件的光栅高度一致，通过不同区域的介质的折射率不同来调节出光的均匀性，降低了光栅加工难度，极大地降低了衍射光波导器件的制备成本。

技术领域

本发明实施例涉及光学元件技术，尤其涉及一种衍射光波导器件及其制备方法。

背景技术

目前，在近眼显示(例如Augmented Reality，AR增强现实)设备中，浮雕光栅波导技术得到广泛关注。由于纳米压印的便利性，且浮雕光栅波导方案相比于其他波导方案更具有大视场和大眼动范围的优势，浮雕光栅波导方案越来越得到广泛研究。

现有的浮雕光栅波导的方案主要有基于一维光栅的波导方案和基于二维光栅的波导方案，其中，二维光栅波导方案包括光波导基底和设置于光波导基底的耦入光栅及耦出光栅，图像光源出射的图像光束经耦入光栅衍射耦入光波导基底，并在光波导基底内以全反射的方式传播，耦出光栅用于将光波导基底内的图像光衍射耦出进入人眼。

若耦出光栅的衍射效率不变，图像会沿光线在波导的传输方向上逐渐变暗。图1为现有技术中采用光栅槽深调制制作的光波导器件的原理示意图，通过对光栅槽深进行调制来实现均匀出瞳。参考图1，光机系统101输出的光线经过耦入光栅103耦合入基板102，向耦出光栅104通过全反射进行传输。到达耦出光栅104后，每次到达耦出光栅104时都会有一部分光通量耦合输出，即光线105、106和107。耦出光栅104的槽深沿光线在光波导器件中传输的方向逐渐加深，耦合输出效率随之逐渐增大，因此虽然衍射输出前到达耦出光栅104的光通量会比前一次到达耦出光栅104的光通量少，但是射出的光线105、106和107所携带的光通量可基本保持一致，从而人眼在接受到光线105、106和107时看到的图像亮度一样。

采用槽深调制的方式虽然可以提高出光的均匀性，但是在实际加工过程中不同高度光栅的刻蚀难度很大，制作成本较高。

发明内容

本发明实施例提供一种衍射光波导器件及其制备方法，该制备方法制备的衍射光波导器件的光栅高度一致，通过不同区域的介质的折射率不同来调节出光的均匀性，降低了加工难度，极大地降低了衍射光波导器件的制备成本。

第一方面，本发明实施例提供一种衍射光波导器件的制备方法，包括：

提供一光波导基板，所述光波导基板包括第一光栅区域，所述光波导基板的第一光栅区域包括至少两个折射率不同的光栅子区域，每个所述光栅子区域内的折射率相同，且每个所述光栅子区域对应一次光线耦合输出；

在所述第一光栅区域形成第一光栅结构，所述第一光栅结构位于所述光波导基板的一侧，所述第一光栅结构用于耦合输出所述光波导基板内的光线，所述第一光栅结构的栅线的高度相同。

可选的，所述光波导基板还包括第二光栅区域和第三光栅区域；所述制备方法还包括：

在所述第二光栅区域形成第二光栅结构，在所述第三光栅区域形成第三光栅结构；

其中，所述第二光栅结构和所述第三光栅结构均与所述第一光栅结构位于所述光波导基板的同一侧；所述第二光栅结构与所述第三光栅结构沿第一方向排列，所述第二光栅结构与所述第一光栅结构沿第二方向排列，所述第二光栅结构用于将外界光线耦合入所述光波导基板内，所述第三光栅结构用于接收所述第二光栅结构传输的光束，并将光束扩束后耦合入所述第一光栅结构；所述第一方向和所述第二方向均与所述光波导基板所在平面平行，且所述第一方向和所述第二方向交叉。