衍射波導準直系統設計案例

簡介

在現代光學顯示技術中，衍射光波導系統因其獨特的光學性能和緊湊的結構設計，在增強現實（AR）、虛擬現實（VR）等領域展現出巨大的應用潛力。本案例聚焦于衍射波導準直系統，旨在通過 OAS 光學軟件深入探究其光學性能，為系統的優化設計提供有力依據。

OAS 軟件在案例中的應用

光波導設計

利用OAS的布局設置，更改光波導的需求參數，OAS可以直接生成相應初始光波導結構，包含光源、耦入光柵、耦出光柵、轉向光柵、眼盒等。設置好入射光的波長，光線尺寸等光線信息，光源到光波導的距離、視場、入射光介質、眼盒的尺寸、光波導材料，耦入耦出光柵的方向周期等等一系列參數，能夠通過內部算法計算得出。后續還有K空間可視化、光柵足跡分析、結果查看、PSF/MTF分析等。

光線追跡分析

利用 OAS 光學軟件對該衍射光波導系統進行光線追跡模擬。如圖所示，在完成光線追跡后，清晰展示了光線在整個系統中的傳播軌跡，包括從光源發出，經過一系列光學組件，最終進入衍射光波導部分的全過程。這一過程幫助研究人員準確把握光線走向，為后續分析奠定基礎。

像面輻照度分布分析

OAS 軟件進一步對像面的輻照度分布進行分析，結果以對數（lg）形式呈現于圖中。輻照度分布反映了像面上不同位置接收到的光能量密度。通過對像面輻照度分布的分析，能夠清晰了解系統成像的均勻性以及能量分布情況。

案例結果分析

雜散光現象

在輻照度圖上，可觀察到存在少量雜散光。雜散光的出現會降低系統成像的對比度和清晰度，對系統的性能產生不利影響。因此，準確識別雜散光來源并加以解決是優化光學系統的重要環節。

雜散光來源剖析

經深入分析，這些雜散光主要來源于透鏡準直系統。在實際工作過程中，由于準直系統的膜層特性以及所使用材料的光學性質存在一定局限性，導致光在其中傳播時，有少數光線會偏離正常傳播路徑。這些偏離的光線以較大的角度打到波導上，進而形成了我們在輻照度圖上所觀察到的雜散光。例如，膜層的不完善可能導致光線在膜層界面發生非理想的反射和折射，而材料內部的雜質或不均勻性也可能引起光線的散射，最終造成雜散光的產生。

（光線追跡后的系統圖）

（像面的輻照度分布圖）

總結

本案例通過 OAS 光學軟件，對衍射光波導系統進行了全面且深入的光學性能分析。不僅借助光線追跡直觀呈現了系統的光路結構，還通過像面輻照度分布精準定位了雜散光問題及其來源。基于這些分析結果，為后續對透鏡準直系統的膜層優化、材料選擇改進等系統優化措施提供了明確方向。未來，隨著 OAS 軟件功能的不斷完善以及光學技術的持續發展，有望通過更深入的模擬分析，進一步提升衍射光波導系統的性能，推動其在更多領域的廣泛應用。