全息光波導(dǎo)設(shè)計(jì)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
全息光波導(dǎo)設(shè)計(jì)的實(shí)例教程
AR 系統(tǒng)通常使用全息圖將光耦合到波導(dǎo)中。本文展示了如何繼續(xù)改進(jìn) 本系列文章的第一部分 （點(diǎn)擊查看）中建模的初步設(shè)計(jì)。
作者 Sean Lin and Michael Cheng
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簡介
AR 是一種允許屏幕上的虛擬世界與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景結(jié)合并交互的技術(shù)。
本文演示了如何繼續(xù)改進(jìn)在文章模擬 AR 系統(tǒng)中的全息光波導(dǎo)：第一部分中的系統(tǒng)。
優(yōu)化系統(tǒng)
從第一部分文章的優(yōu)化得到的最后系統(tǒng)開始優(yōu)化，我們需要進(jìn)一步提高其光學(xué)性能。首先，讓我們收緊規(guī)格參數(shù)：
設(shè)置入瞳直徑 = 4 mm
放大 FOV 到 +/- 8度
使波導(dǎo)薄于6 mm，如下所示
這時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)我們?cè)噲D收緊設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)將會(huì)變得不切實(shí)際。為了解決這個(gè)問題，我們需要限制設(shè)計(jì)參數(shù)，以確保光線遵循滿足物理意義的路徑。我們將使用評(píng)價(jià)函數(shù)中的相關(guān)操作數(shù)強(qiáng)制執(zhí)行以下 3 個(gè)條件：
當(dāng)光線應(yīng)該在波導(dǎo)內(nèi)部時(shí)，它們不能在波導(dǎo)外部傳播
光線不能到達(dá)全息面的后方
光線必須從波導(dǎo)管的頂部射出而不撞擊側(cè)面
為了便于優(yōu)化，我們首先在表面 13（設(shè)置材料為 PMMA）之后添加一個(gè)虛擬面。這個(gè)曲面將被用作一個(gè)參考曲面，以確保系統(tǒng)的幾何形狀是正確的。
展開 AR系統(tǒng)通常使用全息圖將光耦合到波導(dǎo)中，從而將光從顯示引擎?zhèn)鬏數(shù)脚宕髡叩难劬Α１疚难菔玖巳绾卧?OpticStudio 中使用全息圖表面作為平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)內(nèi)的耦合器。(聯(lián)系我們獲取文章附件)
推薦閱讀第二部分：ZEMAX | 模擬 AR 系統(tǒng)中的全息光波導(dǎo)：第二部分
簡介
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR) 是一種將在屏幕上的虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的場(chǎng)景結(jié)合并交互的技術(shù)。本文演示了如何利用全息技術(shù)在序列模式下建立一個(gè)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的光學(xué)系統(tǒng)。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和全息圖
全息圖是記錄在高分辨率感光乳劑上的干涉圖案。全息系統(tǒng)的使用中存在兩個(gè)不同的階段：構(gòu)造階段和重構(gòu)階段，分別適用于全息圖的構(gòu)建和作為光學(xué)元件的使用。有關(guān)該主題的詳細(xì)內(nèi)容，請(qǐng)參考文章：“如何在OpticStudio中建模全息圖”。
在普通的AR系統(tǒng)中，光通過全息圖耦合到波導(dǎo)中，從而將相關(guān)信息從顯示器傳輸?shù)窖劬Α?em>波導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)是它很大程度上是透明的，不會(huì)阻擋來自現(xiàn)實(shí)世界的光。在這篇文章中，我們將指導(dǎo)您使用嵌入PMMA材料的反射全息圖來建模一個(gè)簡單的AR設(shè)計(jì)。
規(guī)格和設(shè)計(jì)策略
我們將從一個(gè)簡單的設(shè)計(jì)開始，然后進(jìn)一步完善系統(tǒng)。初始規(guī)格是：
出瞳距離= 15mm
瞳孔直徑= 3mm
FOV = 10度
波導(dǎo)厚度= 10mm
光線將通過全息圖耦合到波導(dǎo)中。全息圖將被嵌入到PMMA材料中且出口面將會(huì)傾斜45度。根據(jù)程序的實(shí)際工作方式，系統(tǒng)會(huì)被“反向”建模。現(xiàn)實(shí)中（物理系統(tǒng)中），AR系統(tǒng)的光源是微顯示器，而成像平面將是人眼的視網(wǎng)膜（AR系統(tǒng)的出瞳和人眼系統(tǒng)的入瞳將被放置在同一位置）。但為了在OpticStudio中準(zhǔn)確建模且有效優(yōu)化系統(tǒng)，物理系統(tǒng)的出瞳被定義為在OpticStudio中建模系統(tǒng)的入瞳，而微顯示器被視為系統(tǒng)的“像平面”。
展開 AR 系統(tǒng)通常使用全息圖將光耦合到波導(dǎo)中。本文展示了如何繼續(xù)改進(jìn) 本系列文章的第一部分 （點(diǎn)擊查看）中建模的初步設(shè)計(jì)。（聯(lián)系我們獲取文章附件）
簡介
AR 是一種允許屏幕上的虛擬世界與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景結(jié)合并交互的技術(shù)。
本文演示了如何繼續(xù)改進(jìn)在文章模擬 AR 系統(tǒng)中的全息光波導(dǎo)：第一部分中的系統(tǒng)。
優(yōu)化系統(tǒng)
從第一部分文章的優(yōu)化得到的最后系統(tǒng)開始優(yōu)化，我們需要進(jìn)一步提高其光學(xué)性能。首先，讓我們收緊規(guī)格參數(shù):
設(shè)置入瞳直徑 = 4 mm
放大 FOV 到 +/- 8度
使波導(dǎo)薄于6 mm，如下所示
這時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)我們?cè)噲D收緊設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)將會(huì)變得不切實(shí)際。為了解決這個(gè)問題，我們需要限制設(shè)計(jì)參數(shù)，以確保光線遵循滿足物理意義的路徑。我們將使用評(píng)價(jià)函數(shù)中的相關(guān)操作數(shù)強(qiáng)制執(zhí)行以下 3 個(gè)條件：
1.當(dāng)光線應(yīng)該在波導(dǎo)內(nèi)部時(shí)，它們不能在波導(dǎo)外部傳播
2.光線不能到達(dá)全息面的后方
3.光線必須從波導(dǎo)管的頂部射出而不撞擊側(cè)面
為了便于優(yōu)化，我們首先在表面 13（設(shè)置材料為 PMMA）之后添加一個(gè)虛擬面。這個(gè)曲面將被用作一個(gè)參考曲面，以確保系統(tǒng)的幾何形狀是正確的。接下來，在表面 17 的波導(dǎo)出口之后添加一個(gè)坐標(biāo)間斷面，然后將現(xiàn)有的表面厚度剪切并粘貼到新的坐標(biāo)間斷面厚度，這個(gè)新表面將用于傾斜像面。
為了更清晰地觀察系統(tǒng)視圖，對(duì)表面 14 的表面屬性 (Surface Properties) …繪圖 (Draw ) 做如下更改:
與此同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)我們的目標(biāo)，我們可以在設(shè)計(jì)中加入更多的變量，讓設(shè)計(jì)更加自由。
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AR系統(tǒng)通常使用全息圖將光耦合到波導(dǎo)中，從而將光從顯示引擎?zhèn)鬏數(shù)脚宕髡叩难劬Α１疚难菔玖巳绾卧?OpticStudio 中使用全息圖表面作為平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)內(nèi)的耦合器。
推薦閱讀第二部分：Ansys Zemax | 模擬 AR 系統(tǒng)中的全息光波導(dǎo)：第二部分。
簡介
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR) 是一種將在屏幕上的虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的場(chǎng)景結(jié)合并交互的技術(shù)。本文演示了如何利用全息技術(shù)在序列模式下建立一個(gè)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的光學(xué)系統(tǒng)。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和全息圖
全息圖是記錄在高分辨率感光乳劑上的干涉圖案。全息系統(tǒng)的使用中存在兩個(gè)不同的階段：構(gòu)造階段和重構(gòu)階段，分別適用于全息圖的構(gòu)建和作為光學(xué)元件的使用。有關(guān)該主題的詳細(xì)內(nèi)容，請(qǐng)參考文章：“如何在OpticStudio中建模全息圖”。
在普通的AR系統(tǒng)中，光通過全息圖耦合到波導(dǎo)中，從而將相關(guān)信息從顯示器傳輸?shù)窖劬Α?em>波導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)是它很大程度上是透明的，不會(huì)阻擋來自現(xiàn)實(shí)世界的光。在這篇文章中，我們將指導(dǎo)您使用嵌入PMMA材料的反射全息圖來建模一個(gè)簡單的AR設(shè)計(jì)。
規(guī)格和設(shè)計(jì)策略
我們將從一個(gè)簡單的設(shè)計(jì)開始，然后進(jìn)一步完善系統(tǒng)。初始規(guī)格是：
出瞳距離= 15mm
瞳孔直徑= 3mm
FOV = 10度
波導(dǎo)厚度= 10mm
光線將通過全息圖耦合到波導(dǎo)中。全息圖將被嵌入到PMMA材料中且出口面將會(huì)傾斜45度。根據(jù)程序的實(shí)際工作方式，系統(tǒng)會(huì)被“反向”建模。現(xiàn)實(shí)中（物理系統(tǒng)中），AR系統(tǒng)的光源是微顯示器，而成像平面將是人眼的視網(wǎng)膜（AR系統(tǒng)的出瞳和人眼系統(tǒng)的入瞳將被放置在同一位置）。但為了在OpticStudio中準(zhǔn)確建模且有效優(yōu)化系統(tǒng)，物理系統(tǒng)的出瞳被定義為在OpticStudio中建模系統(tǒng)的入瞳，而微顯示器被視為系統(tǒng)的“像平面”。
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AR系統(tǒng)通常使用全息圖將光耦合到波導(dǎo)中，從而將光從顯示引擎?zhèn)鬏數(shù)脚宕髡叩难劬Α１疚难菔玖巳绾卧贠pticStudio中使用全息圖表面作為平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)內(nèi)的耦合器，以及展示了如何繼續(xù)改進(jìn)第一部分中建模的初步設(shè)計(jì)。
作者：Ansys Sean Lin and Michael Cheng
簡介
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR) 是一種將在屏幕上的虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的場(chǎng)景結(jié)合并交互的技術(shù)。本文演示了如何利用全息技術(shù)在序列模式下建立一個(gè)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的光學(xué)系統(tǒng)。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和全息圖
全息圖是記錄在高分辨率感光乳劑上的干涉圖案。全息系統(tǒng)的使用中存在兩個(gè)不同的階段：構(gòu)造階段和重構(gòu)階段，分別適用于全息圖的構(gòu)建和作為光學(xué)元件的使用。有關(guān)該主題的詳細(xì)內(nèi)容，請(qǐng)參考文章：“如何在OpticStudio中建模全息圖”。https://support.zemax.com/hc/zh-cn/articles/1500005577722
在普通的AR系統(tǒng)中，光通過全息圖耦合到波導(dǎo)中，從而將相關(guān)信息從顯示器傳輸?shù)窖劬Α?em>波導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)是它很大程度上是透明的，不會(huì)阻擋來自現(xiàn)實(shí)世界的光。在這篇文章中，我們將指導(dǎo)您使用嵌入PMMA材料的反射全息圖來建模一個(gè)簡單的AR設(shè)計(jì)。
規(guī)格和設(shè)計(jì)策略
我們將從一個(gè)簡單的設(shè)計(jì)開始，然后進(jìn)一步完善系統(tǒng)。
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全息光波導(dǎo)設(shè)計(jì)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
全息光波導(dǎo)設(shè)計(jì)全息光波導(dǎo)仿真光波導(dǎo)設(shè)計(jì)衍射光波導(dǎo)設(shè)計(jì)光柵光波導(dǎo)設(shè)計(jì)OptiBPM 光波導(dǎo)設(shè)計(jì)軟件 優(yōu)化設(shè)計(jì)EDA設(shè)計(jì)工業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì) zemax lumerical speos 聯(lián)合實(shí)現(xiàn)衍射光波導(dǎo)ar系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真zemax lumerical speos | 聯(lián)合實(shí)現(xiàn)衍射光波導(dǎo)ar系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真光學(xué)全息全息光柵體全息光柵的建模偏振體全息光柵
全息光波導(dǎo)設(shè)計(jì)的最新內(nèi)容
1. 簡介
此前，OpticStudio 為一維光柵仿真提供了一維 RCWA 插件。本文介紹了一種類似但功能強(qiáng)大得多的工作流程，該流程基于 Zemax OpticStudio 與 Lumerical RCWA 之間的動(dòng)態(tài)鏈接。
在這一工作流程中，設(shè)計(jì)人員在 Zemax OpticStudio 中構(gòu)建宏觀光學(xué)系統(tǒng)，并在 Lumerical 中構(gòu)建光柵的微結(jié)構(gòu)。兩款軟件中的仿真可無縫連接
本次研討會(huì)覆蓋AR全息光波導(dǎo)設(shè)計(jì)全流程，包含系統(tǒng)規(guī)格定義、全息圖表面設(shè)置、波導(dǎo)TIR結(jié)構(gòu)搭建、像質(zhì)優(yōu)化、物理約束與工程化改進(jìn)等核心環(huán)節(jié)。通過實(shí)戰(zhàn)案例演示，從0到1搭建可優(yōu)化的全息光波導(dǎo)系統(tǒng)，為AR光學(xué)研發(fā)人員提供可直接復(fù)用的建模流程、優(yōu)化方法與工程約束思路，助力高效完成AR光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。
什么是光波導(dǎo)設(shè)計(jì) 的“坑”？
光波導(dǎo)作為 AR/VR 顯示、光通信、光子集成芯片等領(lǐng)域的核心光學(xué)組件，正驅(qū)動(dòng)下一代光電產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革新。但從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)的全流程中，跨尺度物理建模、多物理場(chǎng)耦合、光柵參數(shù)優(yōu)化、雜散光抑制等核心難題，讓大多的光學(xué)工程師反復(fù)陷入設(shè)計(jì)陷阱。
當(dāng)前主流光學(xué)軟件在光波導(dǎo)場(chǎng)景下存在顯著功能短板，而行業(yè)高速擴(kuò)張的需求與設(shè)計(jì)工具的滯后性形成尖銳矛盾
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AR 系統(tǒng)通常使用全息圖將光耦合到波導(dǎo)中。本文展示了如何繼續(xù)改進(jìn)本系列文章的第一部分中建模的初步設(shè)計(jì)。
簡介
AR是一種允許屏幕上的虛擬世界與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景結(jié)合并交互的技術(shù)。
本文演示了如何繼續(xù)改進(jìn)在文章 Ansys Zemax | 模擬 AR 系統(tǒng)中的全息光波導(dǎo)：第一部分中的系統(tǒng)。
優(yōu)化系統(tǒng)
從第一部分文章的優(yōu)化得到的最后系統(tǒng)開始優(yōu)化，我們需要進(jìn)一步提高其光學(xué)性能
AR 衍射光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)仿真與分析
簡介
目前 AR 衍射光波導(dǎo)發(fā)展迅速，對(duì)于衍射光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)與仿真也在整體設(shè)計(jì)中起到重要的作用。本文重點(diǎn)介紹國產(chǎn)光學(xué)軟件 OAS (Optical Advanced Software) 對(duì) AR 衍射光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)與仿真分析，可以同時(shí)分析宏觀的幾何光線追跡和微觀衍射光柵的跨尺度仿真，分析整體系統(tǒng)的傳輸效率及成像效果。
1.AR 衍射光波導(dǎo)系統(tǒng)
OAS 體全息光柵案例來解決11個(gè)月前
本文將介紹體全息光柵的工作原理、仿真設(shè)計(jì)和分析，再到體全息光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)</p><p><br></p><p><strong style="color: rgb(13, 80, 199);">體全息光柵的工作原理</strong></p><p>體全息光柵主要涉及到光學(xué)干涉、光敏材料和波矢匹配等物理過程。
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推薦閱讀第二部分：Ansys Zemax | 模擬 AR 系統(tǒng)中的全息光波導(dǎo)：第二部分。
簡介
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR) 是一種將在屏幕上的虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的場(chǎng)景結(jié)合并交互的技術(shù)。本文演示了如何利用全息技術(shù)在序列模式下建立一個(gè)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的光學(xué)系統(tǒng)
為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用設(shè)計(jì)光導(dǎo)器件極具挑戰(zhàn)性，由于角譜模式的完全混合，以及系統(tǒng)中大量的自由參數(shù)，這使得用“蠻力”方法來優(yōu)化參數(shù)幾乎是不可能的。快速物理光學(xué)建模和設(shè)計(jì)軟件VirtualLab Fusion用Light Guide Toolbox Gold Edition為您提供了幾個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具，幫助光學(xué)工程師以更可控的方式一步一步地解決設(shè)計(jì)過程。這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具涵蓋了器件的布局，以及耦合和EPE
一、光柵設(shè)計(jì)
參考文章中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)：
在 SYNOPSYS 中使用非尋常表面類型27的平面光柵，加上前后兩片 N-BK7 的保護(hù)玻璃來模擬體相位全息光柵。
按照光柵示意圖，參考文獻(xiàn)中的計(jì)算結(jié)果為
α1 = 24.8°
β1 = 41.3°
θ1 = 33.1°
設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)：
系統(tǒng)波段為
隨著智能車載系統(tǒng)的發(fā)展與智能駕駛體驗(yàn)需求的增加，車載抬頭顯示 HUD 系統(tǒng)作為信息顯示的媒介，能夠?qū)x表盤信息、傳感器獲得的輔助駕駛信息和與環(huán)境融合的現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)信息完美地呈現(xiàn)給駕駛者，使駕駛者無需低頭觀看儀表，極大地提升了駕駛的安全性和體驗(yàn)感。
相較于傳統(tǒng)的車載HUD，AR-HUD擁有更大的FOV（10°*3°以上）和更大的虛擬屏幕尺寸（70寸以上），因此能結(jié)合更遠(yuǎn)的虛像距離（10米以上）、顯示更豐富的信息
