原文信息

原文標題：“基于光線場追跡的國產3D可視化衍射光波導仿真模塊研究”

第一作者：覃嘉佳

通訊作者：宋強，劉祥彪, 張善文，段輝高，周常河

增強現實（AR）技術作為新興人機交互模式，其近眼顯示領域中，AR 衍射光波導技術因輕量化、小型化等優勢成為核心發展方向。高品質衍射光波導的設計優化離不開專業仿真軟件。為填補國內空白，本研究團隊研發了完全自主可控的 3D 可視化衍射光波導仿真模塊，覆蓋 k 域分析、光波導仿真與優化全過程，可納入微投影光機和人眼模型實現全維度仿真。

研究基于該模塊設計二維出瞳擴展衍射光波導，通過確定光柵矢量、劃分功能區域并精細調控光柵參數，結合光線場追跡完成仿真，并與國外商業軟件結果對比，驗證了模塊的有效性與實用性，為我國 AR 產業自主發展提供技術支撐。

二維出瞳擴展衍射光波導中的光線傳播示意圖（來自原文）

該模塊成功設計出具備二維出瞳擴展的衍射光波導，整體系統由微型投影光機、光波導與人眼模型構成，結構設計極具優勢。其投影光學系統焦距 14.5 mm，對角線視場角 28°，總長度僅 9.45 mm，光學元件直徑小于 5.4 mm，憑借緊湊小巧的特性，完美適配近眼顯示設備的輕量化需求。在性能表現上，該系統在 30 cycles/mm 采樣頻率下的光學調制傳遞函數（MTF）值均優于 0.7，成像質量穩定可靠。

可視化3D衍射光波導模組示意圖（來自原文）

為驗證模塊性能，研發團隊與市面主流商業軟件，在衍射效率、均勻性及光線路徑等關鍵指標上展開對比，結果充分證明了該國產模塊的精度與可靠性。目前，該成果已以相關論文形式發表于國產核心期刊《中國光學》第 18 卷第 4 期，相關光波導模塊已正式嵌入武漢二元科技有限公司的 OAS（Optical Advanced Software）軟件。

（a）投影光機系統布局（b）投影光學系統的MTF（來自原文）

OAS 光學軟件的光波導設計功能非常便捷，該功能將構建更為高效、精準的設計流程，進一步推動光學領域的發展。目前軟件已在光波導設計中展現卓越效能，為科研人員和工程師提供技術保障。