近眼顯示器的案例
基于五通道波導及二維擴瞳器的近眼顯示
上海交通大學的智能顯示實驗室（sdl.sjtu.edu.cn），提出了一種基于五通道波導及二維擴瞳器的近眼顯示。如圖1所示，其基本架構由（1）五通道波導、（2）入耦合光柵（ICG）、（3）出耦合光柵（OCG）所組成。其核心設計思路為將通道1/2/3/4/5的入耦合光柵置于僅包含子視場1/2/3/4/5的獨立區域內，從而實現五通道的視場分割。與傳統波導相比，一個顯著特征是，五個入耦合光柵在位置上是錯開的。
圖1. 五通道波導架構圖
與基于雙通道視場分割的美國微軟的HoloLens 2波導方案相比，基于五通道視場分割的波導方案具有更大的視場角。如圖2所示，以折射率為1.8的波導為例，雙通道的對角FOV上限為48度，而五通道可達到124度，甚至超過了美國Meta公司的Orion碳化硅方案（其視場角為70度）。
圖2. 單/雙/三/四/五通道波導方案的視場角FOV上限與折射率的關系
為驗證方案的技術可行性，在VirtualLab Fusion軟件的賦能下，課題組重點研究了四臺階及二維柱狀光柵的衍射效率、波導的視場角上限、以及出瞳均勻性問題。如圖3所示，對于486/546/633 nm的波長，鋸齒光柵和四臺階光柵的衍射效率分別為58/69/58%和52/61/54%。以50%為基準的話，鋸齒光柵和四臺階光柵的波長帶寬分別為290 nm和218 nm。如圖4所示，對于二維柱狀光柵，其各個衍射級次（包括T(-1,0)、R(0,0)、R(-1,±1)和R(0,±1)）的效率則可通過光柵高度進行調控。至于二維出瞳擴展，如圖5所示，于30 mm × 21 mm的出瞳區域，通過自定義參數關聯與下降單純形算法優化，得出了70個出耦合子光柵的衍射效率，分析了各出瞳的電磁場或光強。
展開 VirtualLab Fusion 斜光柵的參數優化與容差分析
摘要
高效率地將光耦合到光波導結構中是許多應用中的重要問題，如背光，光學互連器以及近眼顯示器等。眾所周知，傾斜光柵在這類應用中可以實現單色光的高效耦合。通過本例，介紹了嚴格的傅立葉模態方法對傾斜光柵的優化。結果顯示對于預定義的方向級次，優化后的光柵衍射效率超過90％。此外，還研究了光柵斜率偏差的影響。
2. 建模任務
3. 參數優化結果
4. 容差分析結果
5. 文件和技術信息
傾斜光柵的參數優化及公差分析
對于背光系統、光內連器和近眼顯示器等許多應用來說，將光高效地耦合到引導結構中是一個重要的問題。對于這種應用，傾斜光柵以能夠高效地耦合單色光而聞名。在本例中，提出了利用嚴格傅里葉模態方法（FMM，也稱為RCWA）對傾斜光柵的優化方法。優化后的光柵的衍射效率超過90%。此外，還研究了其對光柵的傾角偏差和圓角邊緣的影響。
摘要
[VirtualLab] 用于均勻多通道波導耦合光柵的優化
摘要
在基于波導的近眼顯示器的設計中，關鍵問題在于內耦合和外耦合光柵的配置。 作為多通道成像系統，必須確保所有輸出通道之間光分布的均勻性。 在此示例中，在VirtualLab中優化了一組外耦合光柵，從而生成了均勻光分布的多個通道。 對于光柵建模和衍射效率計算的優化，本示例采用了嚴格的傅立葉模態方法。
設計任務
結果
文件信息
斜光柵的參數優化與容差分析
摘要
高效率地將光耦合到光波導結構中是許多應用中的重要問題，如背光，光學互連器以及近眼顯示器等。眾所周知，傾斜光柵在這類應用中可以實現單色光的高效耦合。通過本例，介紹了嚴格的傅立葉模態方法對傾斜光柵的優化。結果顯示對于預定義的方向級次，優化后的光柵衍射效率超過90％。此外，還研究了光柵斜率偏差的影響。
2. 建模任務
3. 參數優化結果
4. 容差分析結果
5. 文件和技術信息
VirtualLab：傾斜光柵的參數優化及公差分析
摘要
對于背光系統、光內連器和近眼顯示器等許多應用來說，將光高效地耦合到引導結構中是一個重要的問題。對于這種應用，傾斜光柵以能夠高效地耦合單色光而聞名。在本例中，提出了利用嚴格傅里葉模態方法（FMM，也稱為RCWA）對傾斜光柵的優化方法。優化后的光柵的衍射效率超過90%。此外，還研究了其對光柵的傾角偏差和圓角邊緣的影響。
建模任務
優化
為了為傾斜光柵找到一組優化的參數，優化文檔允許為目標值定義參數約束和權重值。
更多信息請參見：
參數優化文檔的介紹
第一級次的參數優化
結果——公差分析
VirtualLab Fusion技術
文檔信息
VirtualLab：傾斜光柵的參數優化及公差分析
摘要
對于背光系統、光內連器和近眼顯示器等許多應用來說，將光高效地耦合到引導結構中是一個重要的問題。對于這種應用，傾斜光柵以能夠高效地耦合單色光而聞名。在本例中，提出了利用嚴格傅里葉模態方法（FMM，也稱為RCWA）對傾斜光柵的優化方法。優化后的光柵的衍射效率超過90%。此外，還研究了其對光柵的傾角偏差和圓角邊緣的影響。
建模任務
優化
為了為傾斜光柵找到一組優化的參數，優化文檔允許為目標值定義參數約束和權重值。更多信息請參見：
參數優化文檔的介紹
第一級次的參數優化
結果——公差分析
VirtualLab Fusion技術
文檔信息
拓展閱讀
用于光波導耦合的傾斜光柵設計
單入射方向光波導耦合光柵的優化
參數優化文檔的介紹
傾斜光柵的高級配置
利用界面配置光柵結構
光柵級次分析器
展開 VirtualLab：傾斜光柵的參數優化及公差分析
摘要
對于背光系統、光內連器和近眼顯示器等許多應用來說，將光高效地耦合到引導結構中是一個重要的問題。對于這種應用，傾斜光柵以能夠高效地耦合單色光而聞名。在本例中，提出了利用嚴格傅里葉模態方法（FMM，也稱為RCWA）對傾斜光柵的優化方法。優化后的光柵的衍射效率超過90%。此外，還研究了其對光柵的傾角偏差和圓角邊緣的影響。
建模任務
優化
為了為傾斜光柵找到一組優化的參數，優化文檔允許為目標值定義參數約束和權重值。更多信息請參見：
參數優化文檔的介紹
第一級次的參數優化
結果——公差分析
VirtualLab Fusion技術
文檔信息
拓展閱讀
用于光波導耦合的傾斜光柵設計
單入射方向光波導耦合光柵的優化
參數優化文檔的介紹
傾斜光柵的高級配置
利用界面配置光柵結構
光柵級次分析器
展開 光波導 | 估值達5.3億美元！DigiLens完成5000萬美金D2輪融資
之前的投資者就包括三星電子、Optimas Capital Management（歌爾的戰略投資部門）、Diamond Edge Ventures（三菱化學控股公司的戰略投資部門）、Alsop Louie Partners、37互娛、UDC Ventures（通用顯示器的企業風險投資部門）和Dolby Family Ventures。加上這一輪超過5000萬美元的D輪融資之后，DigiLens現在的估值目前已超過5.3億美元。該輪融資不僅可以進一步鞏固DigiLens光波導技術作為智能眼鏡事實上標準技術的行業地位，還能讓公司在全球范圍內進一步強化其技術許可業務模式。
“隨著下一代計算顯示設備概念的輪廓開始在行業參與者中形成明確的定義，投資者也在不斷通過企業和商業投資活動‘下注’。最終，我們看到占據主導地位的核心技術慢慢會成為行業標準。從這點來看，本次D輪融資展示了公司在新興XR領域的強大應用潛力。我們的投資者越來越多元化，這表明我們在從行業內脫穎而出的路上又邁出了重要的一步，”DigiLens的首席執行官Chris Pickett說道，“我們目前正在開發的一些項目使用了公司的體布拉格光柵技術，該行業領先技術將在明年會以實物產品形式進入市場。這些技術進步表明，當客戶考慮效率、統一性和成本時，我們將是唯一可行的解決方案。另外，借助下一代光波導技術，我們將在性能方面獲得階梯式提升，這將進一步擴大公司的領先優勢。”
事實證明，DigiLens的下一代光波導技術不僅可以進一步提高產品的性能，還能降低成本。我們新的光波導產品體現了公司在衍射光柵技術領域的突破，該技術在配合客戶端，如近眼顯示器的設計方面更有效。
展開 重磅發布！2022 中國光學領域十大社會影響力事件
拓撲腔面發射激光器問世
中科院物理所陸凌團隊將此前原創的“狄拉克渦旋”拓撲光腔，成功應用于面發射半導體激光芯片中，從原理上突破眼下半導體激光的技術瓶頸，同時多數量級地提高其出射功率和光束質量。研制出的拓撲腔面發射激光器，將有可能運用在手機的人臉識別、自動駕駛的激光雷達以及虛擬現實的三維感知等領域，相關研究成果發表于Nature Photonics (見TCSEL.com)。
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超高分辨率量子點發光二極管打開“元宇宙”通路
開發可在微小空間輸出海量信息的極高分辨率近眼顯示器，是進入“元宇宙”的重要途徑。量子點材料因具有高色純度、高發光效率等優異特性，在發光顯示領域具有廣闊應用前景。近眼顯示中，消除“紗窗效應”要求顯示設備達到萬級PPI（每英寸所擁有的像素數目），因此，如何實現量子點發光二極管的極高分辨像素化，是一個核心關鍵問題。福州大學李福山教授團隊聯合中科院寧波材料所團隊，巧妙將異相界面量子點自組裝技術和轉移印刷技術相結合，實現亞微米尺度無缺陷圖案化的同時有效阻隔了漏電流，首次實現了兼具高發光效率和超高分辨率（最高25400PPI）的量子點發光二極管，打開了一條通向“元宇宙”的全新道路。相關成果發表于Nature Photonics。
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量子直接通信距離首次達到100公里
北京量子信息科學研究院副院長、清華大學教授龍桂魯團隊和清華大學教授陸建華團隊合作，設計和實現了一種相位量子態與時間戳量子態混合編碼的量子直接通信新系統，通信距離達到100公里，是當前世界最長的量子直接通信距離。
展開 eMagin推出全球最亮全彩Micro OLED顯示器
CINNO Research產業資訊，2021年11月1日，eMagin公司，是一家集軍事和商業AR / VR設備以及其他近眼微型OLED顯示器開發、設計和制造為一體的前沿科技公司。該公司宣布推出一款WUXGA（1920x1200）像素分辨率的全彩色OLED微型顯示器原型產品。據介紹，該產品使用了公司專有的直接圖案顯示（dPd?）技術，產品亮度達到超高的10,000尼特，這也讓它成為目前世界上亮度最高的高分辨率、全彩色OLED微型顯示器。
“這是eMagin公司和整個行業的歷史性時刻，同時它也是我們在推進專有dPd?技術方面迄今為止取得的最大成就，”eMagin公司的首席執行官Andrew G. Sculley說，“憑借專有dPd?技術，我們開發的這款WUXGA 顯示器，亮度達到10,000 cd/m2 以上，另外其色域也非常的高。相對于傳統基于白色彩膜方案的微型顯示器，這款產品在亮度上提高了將近20倍。即使相對于我們之前推出的XLE系列微型顯示器，其亮度也提高了三到四倍，我們相信這是目前世界上亮度最高的高分辨率全彩色OLED微型顯示器。我們正在與一家一級消費電子產品公司合作以進一步開發這項技術，合作內容主要在提高產品的量產性。我們認為，更高的亮度和分辨率將有助于客戶克服低效光學器件的限制，實現原來無法想象的目標。”
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基于全息技術的平視顯示器：更方便飛行員或駕駛員觀看！
進一步說，這種顯示器可以完全集成到標準的汽車擋風玻璃中。”
在經過光學仿真之后，研究人員創造出了這種平視顯示器的實驗室版本，它的眼動范圍比原始圖像要大7倍。然后，他們制成的工作原型，可在一片玻璃上顯示飛行信息，而這片玻璃可以成為覆蓋戰斗機座艙的透明外殼的一部分。他們使用這種原型，使得原始圖像的眼動范圍幾乎翻倍，并且當用戶視野超越全息圖像邊緣時，顯示的圖像也不會消失。
Blanche 繼續說：“增加用于注入和提取的全息元件尺寸，幾乎無法創造出更大的眼動范圍，唯一的限制因素就是顯示圖像的玻璃尺寸。對于如何利用全息技術解決各種應用中的許多類型的光學問題來說，我們工作是一個很好的案例。相似的方案也可以用于增強現實頭盔，這種頭盔將電腦生成的圖像和外面現實世界中的圖像相結合，但是采用的是一種離眼很近的顯示器。”
未來
盡管研究人員展示的方案只使用了一種顏色，但是他們說這個方案可以進一步拓展創造出全彩色的平視顯示器。他們也在致力于采用同樣的方案，通過全息元件提取，創造出大得很多的圖像，以增加顯示器的尺寸和視場范圍。
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