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1.摘要 為了模擬AR和MR設(shè)備，VirtualLab Fusion 提供了光導(dǎo)組件。為了耦合，可以在光導(dǎo)的表面上定義光柵區(qū)域，并可非常靈活地對這些區(qū)域進行配置：區(qū)域的形狀、它的通道、光柵的參數(shù)和要通過系統(tǒng)跟蹤的光柵階數(shù)，以及用于模擬光與光柵相互作用的方法。光柵可由用戶隨意調(diào)整。

摘要為了模擬AR和MR設(shè)備，VirtualLab Fusion 提供了光導(dǎo)組件。為了耦合，可以在光導(dǎo)的表面上定義光柵區(qū)域，并可非常靈活地對這些區(qū)域進行配置：區(qū)域的形狀、它的通道、光柵的參數(shù)和要通過系統(tǒng)跟蹤的光柵階數(shù)，以及用于模擬光與光柵相互作用的方法。光柵可由用戶隨意調(diào)整。

它們能夠以任意角度衍射光線，綜合其波長和角度選擇性，使得光學(xué)系統(tǒng)比傳統(tǒng)設(shè)計更緊湊、更輕，而傳統(tǒng)設(shè)計通常需要使用棱鏡和自由曲面來達(dá)到同樣的性能，會導(dǎo)致系統(tǒng)更復(fù)雜，體積更龐大。 OpticStudio一直可以模擬光柵，但沒有考慮衍射效率。為了準(zhǔn)確地反映衍射光線的衍射效率和偏振態(tài)，就必須在模擬時考慮光柵的微觀結(jié)構(gòu)等特性。 本文將討論兩個用來模擬梯形和階梯光柵的DLL。

特定波長下的衍射效率和角度到目前為止，重點一直是衍射階數(shù)、衍射效率和衍射角如何隨波長變化。了解特定波長下整個光柵階次的行為也很有見地。通過將每個支持的階數(shù)表示為遠(yuǎn)場半球中的一個點，可以最好地將其可視化。下圖顯示了 0.85 處的傳輸和反射階數(shù)μm.結(jié)果與上述結(jié)果一致。例如·透射和反射分別有 3 個和 11 個衍射級數(shù)。

在錐形衍射的情況下，入射光線不垂直于光柵，偏振特征態(tài)定義如下：圖3.全息在Kogelnik的耦合波理論中，全息被認(rèn)為足夠厚，每條入射光線要不是直接以0階通過，不然就是1階繞射，對于反射和透射的全息都是如此。假設(shè)和限制Kogelnik 的耦合波理論與其他理論相比具有優(yōu)勢，可以準(zhǔn)確預(yù)測體積相位光柵的零階和一階效率的響應(yīng)。

一個寬帶（0.85~1μm)平面波通常從襯底入射到表面光柵上，從而在透射和反射區(qū)域產(chǎn)生多個衍射級。

光柵區(qū)域衍射級數(shù)和效率的規(guī)范 此用例涵蓋了用戶友好的界面，用于選擇光柵階數(shù)并指定光導(dǎo)光柵區(qū)域的效率（理想化或嚴(yán)格計算）

主要的區(qū)別是每個單一周期區(qū)域的結(jié)構(gòu)是不同的。在圖8中，顯示了我們可以將一個相位轉(zhuǎn)換為閃耀光柵或超原子。一般來說，metalens 有更多的自由度，可以獲得更好的效率或?qū)崿F(xiàn)更多的功能，盡管于此同時它也對設(shè)計和制造也提出了挑戰(zhàn)。 圖8：光柵可以被制作成傳統(tǒng)的二元光柵、閃耀光柵或超透鏡（metalens） 3.

（來自VirtualLab Fusion手冊）理想衍射透鏡的參數(shù)設(shè)置 然后，用戶可以在衍射結(jié)構(gòu)建模（Diffractive Structure Model）選項卡中選擇將衍射透鏡模型定義為理想化的或具有真實曲面的，主要區(qū)別在于如何計算階次的效率。在理想函數(shù)的情況下，所需的衍射級數(shù)和它們的效率必須手動定義。

首先解釋了 k-space（光動量）中光柵的規(guī)劃，并討論了設(shè)置每個光柵的細(xì)節(jié)。介紹本文是 4 篇文章中的第 1 部分，介紹了 k-space 的概念，并討論了如何根據(jù)此概念規(guī)劃出瞳擴展器設(shè)計。本文介紹的系統(tǒng)包括光柵。衍射光柵效率由 RCWA DLL 建模。

摘要：整體效率和圖像均勻性是增強現(xiàn)實顯示的重要評判標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的入射耦合光柵設(shè)計僅致力于提高一階衍射效率，卻未考慮光波導(dǎo)中衍射光的多次相互作用，因此存在不足。本研究中，為優(yōu)化耦合光柵設(shè)計，引入了入射耦合表面浮雕光柵的背耦合損耗（BCL），以及到達(dá)出射耦合光柵的光功率與入射光功率的比值（定義為波導(dǎo)光效率，OEW）。

添加可編程透過率函數(shù)（Programmable Function），在變量區(qū)域依次添加變量GratingPeriod_x、GratingPeriod_y，l_x、l_y, gamma_x和gamma_y，在代碼區(qū)域寫入對應(yīng)的代碼。同時再添加兩個可編程透過率函數(shù)，分布用于模擬x方向叉形光柵和y方向叉形光柵。添加透鏡，焦距為125mm，設(shè)置到之前器件的距離為125mm。

2.2 相位分布和局部光柵的概念在本節(jié)中，我們將介紹不同的視角和局部光柵的概念。需要了解的一個重要概念是對局部恒定周期光柵的近似。如圖6左圖所示，當(dāng)射線被追蹤到一個彎曲的表面時，此處小的局部區(qū)域被視為一個平面，根據(jù)斯涅爾定律來計算光線的折射。在圖6的右圖中，一條光線在曲面上碰到了一個周期變化的光柵，在這種情況下，此處小的局部區(qū)域也被認(rèn)為是一個平面，并且光柵的周期被認(rèn)為是恒定的。

圖1 （a）傳統(tǒng)多子區(qū)域光柵；（b）隨機掩模光柵（RMG）理論分析：解析解推導(dǎo)衍射效率分布團隊基于經(jīng)典L型光柵波導(dǎo)模型，對水平和垂直方向的出瞳擴展過程進行了詳細(xì)的理論分析，通過微分方程推導(dǎo)得出滿足照度均勻性條件的衍射效率分布解析解：1.折疊光柵（水平EPE）：僅考慮零級和-1級反射衍射，推導(dǎo)得出-1級衍射效率的雙變量分布函數(shù)，實現(xiàn)水平方向眼動范圍均勻性調(diào)控；2.出耦合光柵（垂直

摘要 ：整體效率和圖像均勻性是增強現(xiàn)實顯示的重要評判標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的入射耦合光柵設(shè)計僅致力于提高一階衍射效率，卻未考慮光波導(dǎo)中衍射光的多次相互作用，因此存在不足。本研究中，為優(yōu)化耦合光柵設(shè)計，引入了入射耦合表面浮雕光柵的背耦合損耗（BCL），以及到達(dá)出射耦合光柵的光功率與入射光功率的比值（定義為波導(dǎo)光效率，OEW）。

在這個文件中，我們添加了 merit 函數(shù)和一個用于優(yōu)化的變量。在評價函數(shù)中，第 7 行計算非零像素上輻照度的標(biāo)準(zhǔn)偏差。這個數(shù)字越低，系統(tǒng)的均勻性就越好。第 8 行和第 9 行將總效率限制為大于 0.015。 在該系統(tǒng)中，外耦合光柵被切割成 6 塊。這是必需的，因為我們希望不同區(qū)域的衍射效率不同。

研究現(xiàn)狀現(xiàn)有的提高垂直入射光柵耦合器的耦合效率主要集中在專門設(shè)計光柵結(jié)構(gòu)。例如，圖1（a）中的結(jié)構(gòu)采用階梯型光柵來實現(xiàn)非對稱衍射，打破光柵區(qū)域的垂直對稱性，以獲得高方向性和高耦合效率。此外，還有一些方案是基于逆向設(shè)計優(yōu)化出最佳參數(shù)，從而產(chǎn)生獨特的光柵結(jié)構(gòu)，以增強面外輻射并提高耦合效率，如圖1（b）所示，這些逆向設(shè)計方法都提供了較大的靈活性。

使用不同邏輯運算符組成的區(qū)域 用作優(yōu)化區(qū)域 用作評估區(qū)域 用于光導(dǎo)元件 分割網(wǎng)格 網(wǎng)格分割-選項 文件信息 延伸閱讀-光柵區(qū)域的衍射級數(shù)和效率詳述

關(guān)于z軸旋轉(zhuǎn)的圖示 使用鋸齒光柵說明指向（關(guān)于z軸旋轉(zhuǎn)）（Orientation (Rotation about z-Axis)）。光柵關(guān)于y軸是非對稱的，所以+1st和-1st階的衍射效率并不是對稱的。所以，我們可以很容易地從檢測到的衍射階數(shù)看到光柵旋轉(zhuǎn)引起的效果。

</p><p><br></p><p><strong>研究現(xiàn)狀</strong></p><p>現(xiàn)有的提高垂直入射光柵耦合器的耦合效率主要集中在專門設(shè)計光柵結(jié)構(gòu)。例如，圖1（a）中的結(jié)構(gòu)采用階梯型光柵^[2]來實現(xiàn)非對稱衍射，打破光柵區(qū)域的垂直對稱性，以獲得高方向性和高耦合效率。