[发明专利]一种实现全息波导光栅大出瞳的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现全息波导光栅的方法，尤其涉及一种实现全息波导光栅大出瞳的方法，属于全息波导光栅领域。

背景技术

20 世纪初，为了空军在战斗中瞄准的需要，在飞机上安装一个用于瞄准的带准星的瞄准环，类似于早期步枪上简单的瞄准系统，三点成一线就是这种最早期的准平视显示器的工作原理。后来为了减轻飞行员的瞄准负单，就在飞机上安装了其他的瞄准系统，包括奥尔蒂斯瞄准具，实际上是使手持单筒望远镜安装在飞机上，可以使飞行员瞄准使用。第二次世界大战初期，陆续开始出现视准反射式瞄准和伺服光环陀螺瞄准具，主要由环板机构光环偏转部分，光学组件和一块组合玻璃组成。

到了20 世纪60 年代，开始使用电子管和模拟信息处理方法显示和产生信号，使用阴极射线管（CRT）和数字计算机的电子式平视显示器作为图像源，利用光学系统进行显示。传统的头盔显示系统都是由复杂的光学折反射透镜，半透明玻璃组成的，将CRT 或者LED 产生的图像投射到眼前的显示装置，实现人眼观看。这种显示系统体积大，重量重，包含元件多，非常不利于佩戴。

最近，高度集成的全息衍射光学元件被应用于头盔显示系统，极大的集成性使得装置小型，轻便但可以实现全部功能。1989 年开始，以色列的Yamitai 教授等人提出了全息衍射光学元件应用在头盔显示系统的思想。2000年，Yamitai教授成立LUMUS 公司，致力于研究全息波导眼镜，并和美国军方有过合作。2006 年，Yamitai 等人利用微型的准直透镜和全息光栅的装置实现了图像在波导中的传播及投射。2007 年，法国的Optinvent 公司成立，致力于研究平板波导显示眼镜。2008 年，索尼公司研制出全息波导显示眼镜。2009年，英国的 BAE Systems 公司开始研制全息波导显示眼镜，计划在 2012年，装备给 F-35 战斗机。2012 年，Google 公司宣布产品 Google 眼镜有望将在年底上市。

虽然全息波导显示眼镜经历了20 多年的发展，各大高校和研究所对此展开了很多研究，但仍然存在着很多局限性，阻碍着全息波导显示眼镜的实际应用。例如，全息波导显示眼镜中的光栅对光能的利用率，由于全息光栅的衍射效率较低，而耦合输入和耦合输出光波时，都会伴随着能量损失。因此，如何提高全息光栅的衍射效率，使得能量得到合理利用，成为一个问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种实现全息波导光栅大出瞳的方法。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：相较于现有技术，本发明提供的实现全息波导光栅大出瞳的方法，由微型显示部分，准直透镜部分以及全息波导光栅部分来实现，利用干涉调制的方法，在指定的平面调制出在不同区域有不同光强的光波，与另一束平面波干涉，实现同时制作衍射效率不同的同一块光栅，从而实现光波的均匀衍射出射，进而实现全息波导光栅大出瞳。

优选的，上述微型显示部分为微型显示器，所述准直透镜部分为准直透镜组，准直透镜组由多个透镜组成，所述全息波导光栅部分由耦合输入光栅和耦合输出光栅构成。

本发明还保护一种实现全息波导光栅大出瞳的方法，利用干涉调制的方法，在指定的平面调制出在不同区域有不同光强的光波，与另一束平面波干涉，实现同时制作衍射效率不同的同一块光栅，从而实现光波的均匀衍射出射，进而实现全息波导光栅大出瞳；

具体计算不同区域不同衍射效率的方法如下：

要使光波均与出射，则需使耦合输出光栅在不同区域有不同的衍射效率，通过公式（1）计算得到在第M 个区域的衍射效率η_M 为

          （1）

其中，M 为衍射输出区域的个数，η₁ 为第一个区域的衍射效率，如果假设在传输中没有损耗以及在最后一个区域完全耦合输出的话，得到（1）

          （2）

其中，M_tot为总的耦合输出区域的个数；

根据耦合波理论，衍射效率的大小和全息记录材料的折射率调制大小有关，如公式（3）：

          （3）

其中，n_mo 为折射率调制度，d 为全息记录材料的厚度，λ 为波长，C_R ，C_I 分别为两束入射光对光栅周期的倾斜度，通过公式可得到折射率调制度；

光强转化为纯相位板计算假设折射率调制度在其与曝光的光强成正比的区间，则根据公式：

，，