摘要

在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用 (AR & MR) 領(lǐng)域的光波導(dǎo)光學(xué)器件設(shè)計(jì)過程中，橫向均勻性（每個(gè)視場模式）和整體效率是兩個(gè)最重要的評(píng)價(jià)函數(shù)。為了在光波導(dǎo)系統(tǒng)中獲得適當(dāng)?shù)木鶆蛐院托手担斜匾试S光柵參數(shù)的變化，特別是在擴(kuò)展器和/或輸出耦合區(qū)域中。為此，VirtualLab Fusion 能夠在光柵區(qū)域中引入平滑變化的光柵參數(shù)，并提供必要的工具來根據(jù)定義的評(píng)價(jià)函數(shù)運(yùn)行優(yōu)化。此用例展示了如何使用連續(xù)變化的填充因子值優(yōu)化光波導(dǎo)，以獲得足夠的均勻性。

 

任務(wù)描述

 

光波導(dǎo)組件

 

使用光波導(dǎo)組件，可以輕松定義具有復(fù)雜形狀區(qū)域的光波導(dǎo)系統(tǒng)。此外，這些區(qū)域可以配備理想化或真實(shí)的光柵結(jié)構(gòu)，以充當(dāng)輸入耦合器、輸出耦合器或出瞳擴(kuò)展器。更多信息請見：

光波導(dǎo)的構(gòu)造

 

光柵區(qū)域

 

對(duì)于輸入耦合器、輸出耦合器和眼瞳擴(kuò)展器 (EPE)，使用了真實(shí)光柵。他們的瑞利矩陣和相應(yīng)的效率是用 FMM (RCWA) 嚴(yán)格計(jì)算的。您可以在以下位置找到有關(guān)如何設(shè)置的更多信息：

如何使用真實(shí)光柵結(jié)構(gòu)設(shè)置一個(gè)光波導(dǎo)

 

總結(jié)-組件

 

帶有附加指南的一般工作流程

 

1. 基本光學(xué)光波導(dǎo)設(shè)置的配置（不屬于此用例的一部分）

 

2. 足跡和光柵分析工具的應(yīng)用，包括生成滿足參數(shù)調(diào)制所有要求的光學(xué)設(shè)置

 

3. 光柵參數(shù)所需調(diào)制的定義

 

4. 選擇變量并定義評(píng)價(jià)函數(shù)以優(yōu)化調(diào)制光柵參數(shù)。

 

起點(diǎn)是一個(gè)現(xiàn)有的、可執(zhí)行的光波導(dǎo)系統(tǒng)，其中已經(jīng)包括基本幾何結(jié)構(gòu)（所需距離和定位光柵區(qū)域）以及光柵規(guī)格（方向、周期、級(jí)次）。這個(gè)例子取自：

? 構(gòu)建光波導(dǎo) [用例]

? 光波導(dǎo)布局設(shè)計(jì)工具 [用例]

 

配置光柵區(qū)域的真實(shí)光柵結(jié)構(gòu)，這是應(yīng)用光柵參數(shù)連續(xù)或平滑變化之前的必要步驟：

? 如何設(shè)置具有真實(shí)光柵結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo) [用例]

? 使用真實(shí)光柵模擬一維-一維瞳孔擴(kuò)展器 [用例]

 

足跡和光柵分析工具用于指定光柵參數(shù)變化的所需范圍，并針對(duì)特定條件（波長和方向）預(yù)先計(jì)算相應(yīng)的瑞利系數(shù)。下一步，生成光學(xué)設(shè)置，其中可以定義平滑參數(shù)變化：

? AR/MR 應(yīng)用光波導(dǎo)的足跡分析 [用例]

? 光波導(dǎo)上的光柵分析和平滑調(diào)制的光柵參數(shù) [用例]

 

注意：

光柵調(diào)制是針對(duì)各個(gè)光柵區(qū)域定義的。

 

足跡和光柵分析

 

在足跡和光柵分析工具的幫助下，光柵特性（復(fù)值）被預(yù)先計(jì)算并存儲(chǔ)在查找表中，用于選定參數(shù)的指定范圍（例如填充因子）。根據(jù)可用的效率調(diào)制范圍選擇填充因子的初始范圍。更多信息可參見：

 

光柵分析和在光波導(dǎo)上的平滑調(diào)制光柵參數(shù)

 

初始系統(tǒng)的生成

 

? 具有所謂光柵參數(shù)調(diào)制功能的光波導(dǎo)設(shè)置由足跡和光柵分析工具生成（包括光柵特性）。

 

? Uniformity Detector 用于定義優(yōu)化的評(píng)價(jià)函數(shù)。

 

定義光柵區(qū)域的調(diào)制函數(shù)

 

? 打開光波導(dǎo)組件中區(qū)域的編輯對(duì)話框；光柵特性

并且查找表存儲(chǔ)在光柵區(qū)域中。

? 編輯光柵參數(shù)調(diào)制功能，使其定義為可編程功能，光柵參數(shù)的預(yù)期線性調(diào)制由開始和結(jié)束位置的值定義（EPE 從左到右邊界，耦出合從上到下）。

 

初始系統(tǒng)的生成

在分別為 EPE 和輸出耦合器定義調(diào)制后，可以通過 Optical Setup > New Parameter Optimization 啟動(dòng)參數(shù)優(yōu)化文檔。

 

優(yōu)化設(shè)置-選擇參數(shù)

 

 ? 分別為EPE 和輸出耦合器光柵選擇調(diào)制開始和結(jié)束位置的填充因子值。

 

? 根據(jù)調(diào)制功能編輯器中的設(shè)置自動(dòng)填充原始值。

 

優(yōu)化設(shè)置 - 指定約束

 

 

? 定義變量的可用范圍（此處：EPE 和輸出耦合器的填充系數(shù)）。

 

? 為了實(shí)現(xiàn)低均勻性誤差和可接受的強(qiáng)度分布，將均勻性誤差的目標(biāo)值設(shè)置為 0%，并指定算術(shù)平均值的目標(biāo)值。

 

? 通過定義評(píng)價(jià)函數(shù)的權(quán)重值，可以調(diào)整優(yōu)化的貢獻(xiàn)（相關(guān)性或優(yōu)先級(jí)）。

 

優(yōu)化結(jié)果

 

優(yōu)化結(jié)果

 

優(yōu)化均勻性與能量密度

通過眼動(dòng)范圍對(duì)初始和優(yōu)化系統(tǒng)進(jìn)行的線掃描揭示了均勻性和局部能量密度的差異。

 

VirtualLab Fusion技術(shù)

  

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