衍射光波导装置、AR显示系统及耦入光栅的设计方法与流程

本公开大致涉及光学领域，尤其涉及衍射光波导装置、ar显示系统以及耦入光栅的设计方法。

背景技术：

1、随着科学技术的发展，增强现实(augmented reality，ar)技术作为一种十分智能、便携的显示技术正慢慢的走向大众，其主要特点是将虚拟画面叠加在现实场景之上，可以实现让人们在观看虚拟画面的同时还可以观看现实场景。也正是由于ar显示具有如上特点，目前该项技术在安防、教育、医疗、军工、工业、娱乐等行业得到了越来越的广泛应用。

2、衍射光波导装置常用于ar显示系统，但目前的一些衍射光波导装置，性能不够好，例如不能实现相同偏振态的入射光的双路输出，或者不能实现不同偏振态的入射光的分路输出，或者需要在光机内部实现入射光的偏振态分离，或者需要多个光机，尺寸不够小，不利于整个装置的小型化并且功耗高。因此，如何优化衍射光波导装置的结构，使其具备更优的性能，是本领域需要解决的技术问题。

3、背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

技术实现思路

1、针对现有技术存在问题中的一个或多个，本公开提供一种衍射光波导装置，可以通过不同的光路实现相同偏振态的光路输出，还可以通过不同的光路实现不同偏振态的光路输出，具备更优的性能。

2、所述衍射光波导装置包括光机、偏振分光组件和波导：

3、其中，所述光机配置成出射非偏振光；

4、所述波导包括耦入光栅，所述耦入光栅包括第一耦入光栅和第二耦入光栅；

5、所述偏振分光组件设置在所述光机的光路下游，并且设置在所述耦入光栅的光路上游；所述偏振分光组件配置成将所述光机出射的非偏振光调制为第一偏振光和第二偏振光；并配置成将所述第一偏振光耦入所述第一耦入光栅，将所述第二偏振光耦入所述第二耦入光栅；

6、其中，所述光机、所述偏振分光组件和所述第一耦入光栅形成针对所述第一偏振光的第一光路；

7、所述光机、所述偏振分光组件和所述第二耦入光栅形成针对所述第二偏振光的第二光路；

8、其中，所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振态相同或不同；

9、其中，所述第一偏振光和所述第二偏振光分别为s偏振光和p偏振光中的任一种。

10、可选地，其中所述第一偏振光和所述第二偏振光均为p偏振光；或所述第一偏振光和所述第二偏振光均为s偏振光。

11、可选地，其中所述偏振分光组件包括光路转折器、偏振分束器和旋偏器，其中

12、所述光路转折器配置成将入射其上的所述非偏振光进行偏折；

13、所述偏振分束器配置成将入射其上的所述非偏振光进行偏振分离；

14、所述旋偏器配置成将入射其上的偏振光的偏振态进行旋转。

15、可选地，其中所述光路转折器包括棱镜；所述偏振分束器包括嵌入所述棱镜内部的分光面；

16、所述分光面配置成将入射其上的一部分所述非偏振光反射或透射，形成s偏振光，并配置成将入射其上的另一部分所述非偏振光透射或反射，形成p偏振光；

17、所述旋偏器配置成将所述s偏振光调制为p偏振光；或将所述p偏振光调制为s偏振光。

18、可选地，其中所述旋偏器设置在所述棱镜外部，并且设置在所述s偏振光的光路下游；经所述旋偏器调制后的p偏振光为所述第一偏振光，经所述分光面透射的p偏振光为所述第二偏振光。

19、可选地，其中所述旋偏器设置在所述棱镜外部，并且设置在所述p偏振光的光路下游，经所述分光面反射的s偏振光在所述棱镜的表面上全反射后出射的s偏振光为所述第一偏振光，经所述旋偏器调制后的s偏振光为所述第二偏振光；所述第一偏振光和所述第二偏振光的方向平行于所述非偏振光的方向。

20、可选地，其中所述旋偏器设置在所述棱镜内部，并且设置在所述p偏振光的光路下游；经所述分光面反射的s偏振光为所述第一偏振光；经所述旋偏器调制后的s偏振光在所述棱镜的表面上全反射后出射的s偏振光为所述第二偏振光；所述第一偏振光和所述第二偏振光的方向垂直于所述非偏振光的方向。

21、可选地，其中所述旋偏器包括二分之一波片，所述二分之一波片贴附在所述棱镜的表面上。

22、可选地，其中所述第一偏振光为s偏振光，所述第二偏振光为p偏振光。

23、可选地，其中所述偏振分光组件包括光路转折器和偏振分束器；所述光路转折器包括棱镜；所述偏振分束器包括嵌入所述棱镜内部的分光面；所述分光面配置成将入射其上的一部分所述非偏振光反射或透射，形成s偏振光，并配置成将入射其上的另一部分所述非偏振光透射或反射，形成p偏振光。

24、可选地，其中经所述分光面反射的s偏振光在所述棱镜的表面上全反射后出射的s偏振光为所述第一偏振光；经所述分光面透射的p偏振光为所述第二偏振光。

25、可选地，其中所述第一耦入光栅和所述第二耦入光栅并排设置在所述波导的同一侧；所述第一耦入光栅和所述第二耦入光栅的光栅参数分别由入射其上的所述第一偏振光和所述第二偏振光的光学参数确定。

26、可选地，其中所述光学参数包括衍射角、偏振态、综合耦入效率和非均匀性中的一个或多个。

27、可选地，其中所述光栅参数包括光栅类型、光栅周期、光栅倾斜角、占空比和光栅深度中的一个或多个；其中所述光栅类型包括透射式矩形光栅、透射式斜齿光栅和反射式闪耀光栅中的任一种。

28、可选地，其中所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振态相同，所述第一耦入光栅和所述第二耦入光栅的至少部分光栅参数相同；或所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振态不同，所述第一耦入光栅和所述第二耦入光栅的至少部分光栅参数不同。

29、可选地，其中所述波导还包括耦出光栅，所述耦出光栅设置在所述波导上，所述耦出光栅配置成将所述第一偏振光经由所述第一耦入光栅耦入至所述波导内传播的光耦出所述波导；将所述第二偏振光经由所述第二耦入光栅耦入至所述波导内传播的光耦出所述波导。

30、可选地，还包括转折光栅，其中所述转折光栅设置在所述波导上，并位于所述耦入光栅与所述耦出光栅之间的光路中；所述转折光栅配置成将所述第一偏振光经由所述第一耦入光栅入射至所述转折光栅的光进行偏折和/或扩瞳；和/或所述转折光栅配置成将所述第二偏振光经由所述第二耦入光栅入射至所述转折光栅的光进行偏折和/或扩瞳。

31、可选地，其中沿着所述第一偏振光和第二偏振光的光路方向，所述转折光栅的尺寸增大。

32、可选地，其中所述光机包括光源，所述光源包括lcos、dlp和microled中的任一种或多种。

33、本公开还提供另一种衍射光波导装置，包括光机、偏振分光组件和波导；

34、其中，所述光机配置成出射第一非偏振光；

35、所述波导包括耦入光栅，所述耦入光栅包括第一耦入光栅和第二耦入光栅；

36、所述偏振分光组件设置在所述光机的光路下游，并且设置在所述耦入光栅的光路上游；所述偏振分光组件配置成将所述光机出射的所述第一非偏振光调制为第一偏振光和第二非偏振光；并配置成将所述第一偏振光耦入至所述第一耦入光栅，将所述第二非偏振光耦入至所述第二耦入光栅；

37、其中，所述光机、所述偏振分光组件和所述第一耦入光栅形成针对所述第一偏振光的第一光路；

38、所述光机、所述偏振分光组件和所述第二耦入光栅形成针对所述第二非偏振光的第二光路；

39、其中，所述第一偏振光为s偏振光和p偏振光中的任一种。

40、可选地，其中所述偏振分光组件包括光路转折器和偏振分束器；所述光路转折器包括棱镜；所述偏振分束器包括嵌入所述棱镜内部的分光面；所述分光面配置成将入射其上的一部分所述第一非偏振光反射或透射，形成s偏振光，所述s偏振光为所述第一偏振光，并配置成将入射其上的另一部分所述第一非偏振光透射或反射，形成p偏振光，所述p偏振光经所述棱镜表面调制，形成所述第二非偏振光。

41、本公开还提供一种ar显示系统，包括如上所述的一种衍射光波导装置；和/或如上所述的另一种衍射光波导装置。

42、可选地，其中所述ar显示系统包括一维单光机单目显示系统、一维单光机双目显示系统和二维单光机双目系统中的任一种。

43、本公开还提供一种耦入光栅的设计方法，包括：

44、基于不同入射光，对所述耦入光栅进行参数扫描，得到针对所述不同入射光的随衍射角变化的输出特性曲线；

45、基于所述针对不同入射光的输出特性曲线，确定针对不同入射光的输出特性的优化值、以及输出特性的优化值所对应的光栅参数的优化值；和

46、根据所述光栅参数的优化值，设计如上所述的第一耦入光栅和/或第二耦入光栅；

47、其中，所述不同入射光包括非偏振光、s偏振光和p偏振光。

48、可选地，所述耦入光栅的光栅参数包括光栅类型、光栅周期、光栅倾斜角、占空比和光栅深度中的一个或多个；所述光栅类型包括透射式矩形光栅、透射式斜齿光栅和反射式闪耀光栅中的任一种。

49、可选地，其中所述输出特性包括综合耦入效率和非均匀性。