近眼顯示系統
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
近眼顯示系統的實例教程
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 透視融合近距離顯示系統的ASAP仿真
自從2012年4月谷歌發布谷歌眼鏡，可穿戴式移動設備成為各廠商發展下一代移動設備的焦點，各種類似的可穿戴移動設備逐漸受到人們的關注， 但是谷歌眼鏡受到更大的關注，主要在于其結構的小巧，具有極佳的便攜性，另外搭配谷歌的安卓系統能夠保證良好的用戶體驗， 使看似科幻的谷歌眼鏡能夠真正用于每個人日常生活和工作。
谷歌眼鏡技術上的一個亮點就是透視融合技術。通過這種光學系統，能夠將谷歌眼鏡內部小型顯示器的圖像在人眼視網膜上呈現無窮遠虛像， 使得用戶可以透過眼鏡可以同時看到由眼鏡折射的光產生的虛擬圖像和現實環境。實現了投影圖像與現實環境的重疊。 本文基于ASAP對這種光學系統進行建模仿真。
通過ASAP能夠模擬出任意光軸取向及各種參數條件下的單軸晶體錐光干涉圖，這是一種程序易編、參數易調、結果即時呈現的行之有效的方法。 只需更改相應命令語句中的數值，就能實現對晶體光軸方向、光束發散角、晶體厚度、入射波長以及起、檢偏器夾角等參數的更改， 方便快捷地 (從運行到給出結果，整個過程不足 10 s) 獲得不同參數條件下的各種錐光干涉圖，并據此分析錐光干涉圖樣的特征及其變化規律。
展開 摘要
光學光柵結構在多種應用中被廣泛使用，如光譜儀、近眼顯示系統等。VirtualLab 利用傅里葉模態方法(FMM)提供了對各種光柵結構的嚴格分析功能。在光柵工具箱中，光柵結構可以通過不同的插入表面和/或者材料堆棧配置。堆棧的幾何結構通過友好的用戶界面設置，并更加復雜的光柵結構同樣可以利用堆棧表達。在本實用案例中，闡述了基于界面的光柵結構外形設置。
1. 案例展示內容
? 如何使用界界面在光柵工具箱中配置光柵結構：
- 矩形光柵界面
- 轉換點列表界面
- 鋸齒光柵界面
- 正弦光柵界面
? 如何在計算前改變高級選項&檢查定義的結構。
2. 光柵工具箱初始化
3. 光柵結構設置
? 首先，必須定義基底(Base Block)的厚度和材料。
? 在VirtualLab中定義光柵的結構稱作Stack。
? Stack可以附著在基底的一側或兩側
? 例如，選擇在第一個表面上的Stack。
4. Stcak 編輯器
? 在Stcak 編輯器中，界面可以從庫中添加或插入。
? VirtualLab 的庫中提供了多種類型的界面。而且所有這些表面類型都可用于定義一個光柵
5. 矩形光柵界界面
6. 矩形光柵界面參數
7. 高級選項&信息
轉接點列表界面
1. 轉接點列表界面
2. 轉接點列表參數
3. 高級選項&信息
正弦光柵界界面
1. 正弦光柵界面
2.
展開 復雜光柵結構被廣泛應用于光譜儀、近眼顯示系統等領域。VirtualLab Fusion 軟件用傅立葉模態法（FMM,或者RCWA）一種簡易的仿真方法來嚴格分析任意的光柵結構。使用圖形用戶界面，可以設置堆棧的幾何圖形，從而生成復雜的光柵結構。 此例程主要用于構建具有二維周期性特征的光柵。
? 光柵工具箱中構建二維光柵的方法 ? 基于介質定義的類型 ? 基于界面定義的類型
? 計算之前修改高級選項和檢查定義的結構的方法。
? 提示：在VirtualLab軟件中的光柵結構中，表現為二維周期性的被稱作 三維光柵。同樣的，層狀光柵（一維周期性）被稱作二維光柵。
初始化光柵工具箱
通用光柵光路圖（三維光柵） General Grating Light Path Diagram(3D Gratings)
光柵菜單欄(Grating) ?
?
開始菜單欄 (Start)?
?
初始化
Path Diagram(3D Gratings))
設置光柵結構
?
首先，需要定義基底(Base Block)的厚度和介質。
?
VirtualLab中光柵結構在堆棧(stack) 中定義。
?
可以在基底的前表面、后表面或者前后表面同時添加堆棧(stack)。
展開 復雜光柵結構被廣泛應用于光譜儀、近眼顯示系統等領域。VirtualLab Fusion 軟件用傅立葉模態法（FMM,或者RCWA）一種簡易的仿真方法來嚴格分析任意的光柵結構。使用圖形用戶界面，可以設置堆棧的幾何圖形，從而生成復雜的光柵結構。此例程主要用于構建具有二維周期性特征的光柵。
? 光柵工具箱中構建二維光柵的方法 ? 基于介質定義的類型 ? 基于界面定義的類型
? 計算之前修改高級選項和檢查定義的結構的方法。
? 提示：在VirtualLab軟件中的光柵結構中，表現為二維周期性的被稱作 三維光柵。同樣的，層狀光柵（一維周期性）被稱作二維光柵。
初始化光柵工具箱
? 初始化
? 開始菜單欄 (Start)?
光柵菜單欄(Grating) ?
通用光柵光路圖（三維光柵） General Grating Light Path Diagram(3D Gratings)
? 提示：對于特殊類型的光柵，例如柱形光柵，
可以在光柵工具箱中直接點擊柱形光柵光路
圖（三維光柵）(Pillar Grating Light
Path Diagram(3D Gratings))
設置光柵結構
? 首先，需要定義基底(Base Block)的厚度和介質。
? VirtualLab中光柵結構在堆棧(stack) 中定義。
? 可以在基底的前表面、后表面或者前后表面同時添加堆棧(stack)。
? 例如，圖中在前表面添加了堆棧(stack)。
基于材料定義光柵的類型（例程：柱形光柵）
堆棧編輯器
在堆棧編輯器(Stack Editor)中，界面和材料可以從中目錄(catalog) 中添加。
? 為了用一種特殊的介質定義光柵，需要添加兩個平面界面，作為介質的邊界。
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摘要
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摘要
復雜光學光柵結構被廣泛用于多種應用，如光譜儀、近眼顯示系統等。利用傅里葉模態法(FMM，或稱RCWA) VirtualLab Fusion 提供了一種用于任意光柵結構嚴格分析的簡單方法。利用圖形用戶界面，用戶可以設置堆棧的幾何形狀，從而產生復雜的光柵結構。本案例主要集中于具有二維周期光柵結構的配置。
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摘要
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