一种衍射光波导的制作方法与流程

本发明涉及衍射光波导领域，尤其涉及一种衍射光波导的制作方法。

背景技术：

1、增强现实(ar)是一种将真实世界和虚拟信息相融合的技术，ar显示系统通常包括微型投影仪和光学显示屏，将微型显示器提供的虚拟内容通过光学显示屏投射到人眼中，同时，用户可以透过光学显示屏看到真实世界。光波导是光学显示屏的一种实现路径，目前市面上光波导通常被分为几何阵列波导和衍射光波导，衍射光波导又分为体全息波导和表面浮雕光栅波导，其中表面浮雕光栅波导以其极高的设计自由度和由纳米压印加工带来的可量产性，在众多方案中具有明显的优势。

2、然而，纳米压印工艺受限于压印胶材的折射率，难以实现兼顾不同波长、大视场角的高衍射效率，导致表面浮雕光栅光波导的图像耦入效果受限，影响整个波导的显示效果。因而，开发一种工艺简单且耦入效果好的衍射光波导，成为本领域技术人员亟待要解决的技术重点。

技术实现思路

1、本发明提供一种衍射光波导的制作方法，以解决现有纳米压印工艺制备衍射光波导时耦入效果受限的问题。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种衍射光波导的制作方法，包括：

3、提供一波导基底；

4、采用刻蚀工艺在所述波导基底的表面形成耦入光栅结构，所述耦入光栅结构用于将图像光束耦入所述波导基底并在所述波导基底内传输；

5、采用压印工艺在所述波导基底的表面形成耦出光栅结构，所述耦出光栅结构用于将所述波导基底内传输的图像光束从所述波导基底中衍射耦出；

6、其中，所述耦出光栅结构被配置为：不同区域的光栅结构对应的衍射效率被调制，使得所述耦出光栅结构中不同区域的结构对应的衍射效率适配于目标衍射效率；所述目标衍射效率表征了使得从所述耦出光栅结构耦出的所述图像光束的亮度均匀时，所述耦出光栅结构中不同区域的结构对应的衍射效率。

7、可选的，所述采用刻蚀工艺在所述波导基底的表面形成耦入光栅结构具体包括：

8、在所述波导基底的表面形成一光栅材料层；

9、对所述光栅材料层进行刻蚀处理以在所述波导基底上形成耦入光栅结构。

10、可选的，所述耦入光栅结构包括若干光栅单元；所述采用刻蚀工艺在所述波导基底的表面形成耦入光栅结构后，还包括：

11、在所述耦入光栅结构的表面形成一金属膜层；所述金属膜层覆盖所述若干光栅单元，且填充于所述若干光栅单元之间的间隙中。

12、可选的，所述光栅材料层的折射率大于或等于2.4。

13、可选的，所述采用压印工艺在所述波导基底的表面形成耦出光栅结构具体包括：

14、提供一压印母版；所述压印母版包括与耦出光栅结构互补的压印结构；

15、在所述波导基底的表面形成一压印胶层；

16、将所述压印结构压印到所述压印胶层上，以在所述波导基底上形成所述耦出光栅结构；

17、分离所述压印母版和所述波导基底。

18、可选的，所述耦出光栅结构中不同区域的光栅结构对应的光栅深度和/或光栅占空比被调制，使得所述耦出光栅结构中不同区域的结构对应的衍射效率适配于目标衍射效率。

19、可选的，所述耦出光栅结构包括若干光栅单元，所述耦出光栅结构中不同区域的光栅单元对应的形状被调制，使得所述耦出光栅结构中不同区域的结构对应的衍射效率适配于目标衍射效率。

20、可选的，所述衍射光波导的制作方法还包括：

21、采用压印工艺在所述波导基底的表面形成扩瞳光栅结构；所述扩瞳光栅结构沿图像光束在所述波导基底的传播方向上，形成于所述耦入光栅结构和所述耦出光栅结构之间，用于将图像光束扩展传播至所述耦出光栅结构。

22、可选的，所述扩瞳光栅结构与所述耦出光栅结构通过同一所述压印母版一次压印得到。

23、可选的，所述波导基底具有相互平行的第一表面和第二表面；所述耦入光栅结构形成于所述第一表面，所述耦出光栅结构形成于所述第二表面。

24、本发明提供的一种衍射光波导的制作方法，通过刻蚀工艺制作耦入光栅结构，并通过压印工艺制作耦出光栅结构；由于压印工艺中的压印母版可重复使用且一次性压印成型，那么通过在压印母版上进行一次复杂的调制后便可用于批量生产，在制备耦出光栅结构时有较大的优势；同时由于刻蚀工艺的刻蚀材料基本不受限，因此可以选择折射率高于压印胶层折射率的材料来用作光栅材料，在制备耦入光栅结构时有较大的优势。可见，本发明提供的技术方案，巧妙的将刻蚀工艺与压印工艺相结合来制备衍射光波导，这样相较于常规的压印制备衍射光波导，在工艺复杂度增幅不大的条件下，极大地提高衍射光波导的耦入效果，而且还能够获得较佳的衍射光波导耦出效果。

技术特征：

1.一种衍射光波导的制作方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的衍射光波导的制作方法，其特征在于，所述采用刻蚀工艺在所述波导基底的表面形成耦入光栅结构耦入光栅结构具体包括：

3.根据权利要求2所述的衍射光波导的制作方法，其特征在于，所述耦入光栅结构包括若干光栅单元；所述采用刻蚀工艺在所述波导基底的表面形成耦入光栅结构耦入光栅结构后，还包括：

4.根据权利要求2所述的衍射光波导的制作方法，其特征在于，所述光栅材料层的折射率大于等于2.4。

5.根据权利要求1所述的衍射光波导的制作方法，其特征在于，所述采用压印工艺在所述波导基底的表面形成耦出光栅结构耦出光栅结构具体包括：

6.根据权利要求5所述的衍射光波导的制作方法，其特征在于，所述耦出光栅结构中不同区域的光栅结构对应的光栅深度和/或光栅占空比被调制，使得所述耦出光栅结构中不同区域的结构对应的衍射效率适配于目标衍射效率。

7.根据权利要求5所述的衍射光波导的制作方法，其特征在于，所述耦出光栅结构包括若干光栅单元，所述耦出光栅结构中不同区域的光栅单元对应的形状被调制，使得所述耦出光栅结构中不同区域的结构对应的衍射效率适配于目标衍射效率。

8.根据权利要求5-7任一项所述的衍射光波导的制作方法，其特征在于，所述衍射光波导的制作方法还包括：

9.根据权利要求8所述的衍射光波导的制作方法，其特征在于，所述扩瞳光栅结构与所述耦出光栅结构通过同一压印母版一次压印得到。

10.根据权利要求1所述的衍射光波导的制造方法，其特征在于，所述波导基底具有相互平行的第一表面和第二表面；所述耦入光栅结构形成于所述第一表面，所述耦出光栅结构形成于所述第二表面。

技术总结本发明提供了一种衍射光波导的制作方法，提供一波导基底；采用刻蚀工艺在波导基底的表面形成耦入光栅结构，耦入光栅结构用于将图像光束耦入波导基底并在波导基底内传输；采用压印工艺在波导基底的表面形成耦出光栅结构，耦出光栅结构用于将波导基底内传输的图像光束从波导基底中衍射耦出；其中，耦出光栅结构被配置为：耦出光栅结构中不同区域的结构对应的衍射效率适配于目标衍射效率。本发明提供的技术方案，可以在工艺复杂度增幅不大而且能够获得较佳的衍射光波导耦出效果的条件下，极大地提高衍射光波导的耦入效果。技术研发人员：黄河,张雅琴,楼歆晔受保护的技术使用者：上海鲲游科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2