AR光波導
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
AR光波導的實例教程
3.光波導設計
光柵設計屬于光波導的前期設計，對于整體光波導的設計，首先需要確定其整體的尺寸范圍，包括波導的尺寸，光機的位置及眼盒的尺寸和位置。
圖3.1 AR 衍射光波導初始結構（包含波導，光源和眼盒）
通過眼盒和光源距離波導的距離和光線的視場角以確定光柵的整體尺寸，尺寸確定如下：
圖3.2 耦出光柵和眼盒的尺寸關系
圖中n1 n2分別為波導環境介質和波導材料介質，θ為視場角的最大值，d 為眼盒到波導的距離，通過這樣的參數就可以設計出滿足最大視場角的最小光柵尺寸，對于耦入光柵原理與其相同，確定完耦入光柵和耦出光柵后就可以進一步確定轉向光柵的尺寸參數。如下圖，為設計完成后的整體 AR 衍射光波導結構：
圖3.3 AR 衍射光波導結構（包含波導，光源，眼盒、耦入光柵、轉向光柵和耦出光柵）
4.追跡與仿真分析
對于一個完整的 AR 衍射光波導結構，除了上述的波導結構，還包括光機的準直系統和成像系統以構成完整的 AR 系統，如下圖所示：
圖4.1 AR 衍射光波導完整結構（包含波導，光源，眼盒、準直系統、耦入光柵、轉向光柵和耦出光柵）
對該結構進行光線追跡，軟件可以輸出眼盒的能量分布，后續也可以通過軟件來進行均勻性，成像的MTF分析等：
圖4.2 AR 衍射光波導追跡結構與光路圖。光源發出的光經準直系統準直然后通過光波導的傳輸準直輸出到眼盒探測器上
圖4.3 追跡完成后眼盒的能量分布
圖4.4 經過成像后的圖案分布
5. 總結
本文講解了通過 OAS 軟件進行 AR 衍射光波導的建模仿真與分析。
展開 傳統波導系統中未被利用的0級透射光，在該方案中被傾斜光柵重新耦轉至另一眼路，從而顯著提高系統光能利用率。
06/總結
OAS 光學軟件一拖二波導案例，通過創新“雙耦入光柵”分光方案破解了單光機 AR 系統一拖二架構的核心痛點，凸顯 OAS 光學軟件的核心優勢：其可精準設計雙光柵協同結構，在有限波導尺寸內實現雙目能量分離與低串擾，同時通過0級透射光復用設計大幅提升光能利用率，為該架構落地提供了高效可行的技術支撐，彰顯了其在 AR 光波導設計領域的專業性。
展開 AR&MR光波導器件的仿真研究
使用光波導元件對“HoloLens 1”型進行建模
本使用案例演示了一個簡單的“HoloLens- 1”型布局設備的建模，該設備具有一個能夠以32°×18°視場引導光線的光波導組件。
光波導結構
使用光波導組件及其靈活的區域定義，可以在VirtualLab Fusion中設置帶有耦合光柵的光波導。
隨著增強現實和混合現實(AR&MR)領域新技術的出現，使光學光波導越來越受歡迎。為了對此類結構進行建模和設計，VirtualLab Fusion使用其強大的光波導工具箱，該工具箱允許靈活定義整體結構以及內外耦合器的不同區域。再加上它的非順序模擬引擎，結合了所有關鍵的物理效應，如偏振、孔徑衍射和相干性，為光學工程師提供了強大的工具，支持他們研究和設計用于AR和MR的光波導裝置。
展開 2022年4月6日下午，由武漢宇熠與 Ansys Zemax 聯合舉辦的“使用 Zemax OpticStudio 設計AR衍射光波導”線上研討會圓滿結束。
本次研討會的主講老師是來自 Ansys Zemax 的高級應用工程師——谷晨風。老師針對大家關心的 Zemax OpticStudio 在這兩類衍射光波導課題上可提供的解決方案進行了介紹，也對大家常常涉及到的問題進行了解答。
本次研討會讓主講老師與參會人員進行了深入的對話與交流，增進了對會議主題的深刻認識，也對如何使用 Zemax OpticStudio 設計AR衍射光波導有了更深的理解和思考。
以下是谷晨風老師針對小伙伴們提出的問題做出的部分回答！
Q
請問有用 OptiSLang 優化整個光波導系統的案例嗎？
A
這個問題，問的很好，我稍微介紹一下我們目前的一些策略。Ansys 旗下三款主要的光學產品是 Lumerical 負責微納波動光學，Zemax 主要是幾何光學也有涉及到衍射和物理光學等等。另外就是 Speos，它可以承擔后端的非序列追跡任務和環境渲染，人眼響應的系統級仿真。
展開 衍射光波導目前應用于 AR Glass 和 AR HUD 較多，越來越多的工程師們開始針對此課題進行研究，仿真及設計。衍射光波導方案主要有體全息衍射光波導（VHG）和表面浮雕衍射光波導（SRG）兩種方案。
本次研討會主要針對大家關心的 Zemax OpticStudio 在這兩類衍射光波導課題上可提供的解決方案進行介紹，也會涉及大家常問問題的回答。希望通過此次研討會，大家能夠對 Zemax OpticStudio 在衍射光波導課題所做的工作有一個清晰的了解，并在未來的工作中找到其可以選擇的解決方案。
武漢宇熠 聯合 Ansys Zemax
將在 2022年4月6日14點 舉辦一場網絡研討會
期待您的參與
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會議 · 主題
使用 Zemax OpticStudio 設計AR衍射光波導
(Solutions of AR Diffractive Waveguide Design in Zemax OpticStudio)
會議 · 時間
2022年4月6日 下午14:00-15:00
會議 · 講師
Ansys Zemax 高級應用工程師——谷晨風
會議 · 主辦方
武漢宇熠科技 & Ansys Zemax 聯合主辦
會議 · 地點
騰訊會議線上直播
講師介紹：谷晨風
Ansys Zemax 高級應用工程師——谷晨風，畢業于南京理工大學，獲光學碩士。
于2020年年初加入 Zemax ，負責協助用戶評估相關技術問題對應的 Zemax 解決方案可行性并提供對應的最優解決方案建議。
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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大得多的工作流程，該流程基于 Zemax OpticStudio 與 Lumerical RCWA 之間的動態鏈接。
在這一工作流程中，設計人員在 Zemax OpticStudio 中構建宏觀光學系統，并在 Lumerical 中構建光柵的微結構。兩款軟件中的仿真可無縫連接
OAS 光學軟件可精準實現光柵協同設計與光能高效復用，有效破解行業核心技術痛點，為 AR 光波導一拖二架構的工程化落地提供專業技術支撐。
02/案例描述
在單光機 AR 光波導系統中，一拖二架構的核心難點在于，如何在有限的波導尺寸內實現雙目能量分離，同時保證系統的高效率與低串擾。
本次研討會覆蓋AR全息光波導設計全流程，包含系統規格定義、全息圖表面設置、波導TIR結構搭建、像質優化、物理約束與工程化改進等核心環節。通過實戰案例演示，從0到1搭建可優化的全息光波導系統，為AR光學研發人員提供可直接復用的建模流程、優化方法與工程約束思路，助力高效完成AR光學系統設計與驗證。
連續調制光柵區域光波導的優化
在下面的例子中，您可以看到這些工具中的一些發揮作用：
快速物理光學軟件VirtualLab Fusion通過其波導工具箱提供了一系列方便的工具，可在設計過程中幫助光學工程師。例如用于光柵結構配置的用戶友好的工作流程，用于光柵分析的嚴格傅里葉模態算法
基于分布式計算的AR光波導中測試圖像的仿真
這些例子演示了通過新的分布式計算包可以實現改變游戲規則的模擬加速。
作為第二個例子，我們準備了一個使用白光干涉儀的相干性測量。在這個例子中，多波長以及干涉儀臂的位移會產生總共2904次模擬。
[圖片]
摘要
眾所周知，因為光學配置的復雜性和多光源模型建模的視場（FOV）等，針對增強和混合現實（AR，MR）應用的光波導組合器建模是具有挑戰性的。因此，詳細的分析，例如對視場角特性的光學性能的分析，可能是相當耗時的，因為必須考慮許多光源模式和視場角。在這個用例中，我們使用一個具有101×101個采樣點（即角度）的棋盤格測試圖像來研究光波導的角度性能，從而得到10201個單獨的基本模擬結果。
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。
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AR 系統通常使用全息圖將光耦合到波導中。本文展示了如何繼續改進本系列文章的第一部分中建模的初步設計。
簡介
AR是一種允許屏幕上的虛擬世界與現實場景結合并交互的技術。
本文演示了如何繼續改進在文章 Ansys Zemax | 模擬 AR 系統中的全息光波導：第一部分中的系統。
優化系統
從第一部分文章的優化得到的最后系統開始優化，我們需要進一步提高其光學性能
