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? 通過(guò)這種光柵，能夠?qū)?em>光衍射到幾個(gè)衍射級(jí)次，衍射級(jí)次分布在x-和y-方向(由于二維光柵結(jié)構(gòu))。? 級(jí)次越高振幅衰減越快，所以只有0級(jí)，1級(jí)以及2級(jí)貢獻(xiàn)了主要的光強(qiáng)部分。? 這意味著，對(duì)于SLM，我們所期望的光分布具有有較高的級(jí)次，其光強(qiáng)由區(qū)域填充因子決定。

原文信息原文標(biāo)題：“基于光線場(chǎng)追跡的國(guó)產(chǎn)3D可視化衍射光波導(dǎo)仿真模塊研究”第一作者：覃嘉佳通訊作者：宋強(qiáng)，劉祥彪, 張善文，段輝高，周常河 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)作為新興人機(jī)交互模式，其近眼顯示領(lǐng)域中，AR 衍射光波導(dǎo)技術(shù)因輕量化、小型化等優(yōu)勢(shì)成為核心發(fā)展方向。高品質(zhì)衍射光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)優(yōu)化離不開(kāi)專業(yè)仿真軟件。

傳統(tǒng)的入射耦合光柵設(shè)計(jì)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(jì)，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）。通過(guò)在波導(dǎo)與光柵之間插入中間層，我們展示了一種兼具獨(dú)特角度選擇性與高衍射效率的簡(jiǎn)單有效的方案。

AR 衍射光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)仿真與分析簡(jiǎn)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(guó)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。

Lumerical RCWA 或 FDTD 來(lái)模擬衍射光柵；3.Speos 生成光輻射圖和人眼感知仿真結(jié)果。

傳統(tǒng)的入射耦合光柵設(shè)計(jì)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(jì)，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）。通過(guò)在波導(dǎo)與光柵之間插入中間層，我們展示了一種兼具獨(dú)特角度選擇性與高衍射效率的簡(jiǎn)單有效的方案。

衍射光波導(dǎo)目前應(yīng)用于 AR Glass 和 AR HUD 較多，越來(lái)越多的工程師們開(kāi)始針對(duì)此課題進(jìn)行研究，仿真及設(shè)計(jì)。衍射光波導(dǎo)方案主要有體全息衍射光波導(dǎo)（VHG）和表面浮雕衍射光波導(dǎo)（SRG）兩種方案。本次研討會(huì)主要針對(duì)大家關(guān)心的 Zemax OpticStudio 在這兩類衍射光波導(dǎo)課題上可提供的解決方案進(jìn)行介紹，也會(huì)涉及大家常問(wèn)問(wèn)題的回答。

結(jié)論 在本例中使用1-D光柵用于衍射光學(xué)元件，為了使模式進(jìn)一步發(fā)展，用戶可以用自己的1-D甚至2-D光柵代替光柵，在一個(gè)或兩個(gè)方向上衍射光。

? 由于衍射擴(kuò)散器的優(yōu)化始于隨機(jī)相位，不同的優(yōu)化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生不同的透過(guò)率相位函數(shù) 14. 光路圖（LPD）的系統(tǒng)分析 15.總結(jié)? VirtualLab Fusion提供易于使用的工具來(lái)設(shè)計(jì)和優(yōu)化衍射光擴(kuò)散器元件來(lái)生成矩形（擴(kuò)散線或Top Hats）和任意光圖樣。? 輔助設(shè)計(jì)步驟也使在衍射光學(xué)方面無(wú)經(jīng)驗(yàn)的光學(xué)工程師完成衍射光學(xué)元件的設(shè)計(jì)。

光線追跡分析利用 OAS 光學(xué)軟件對(duì)該衍射光波導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行光線追跡模擬。如圖所示，在完成光線追跡后，清晰展示了光線在整個(gè)系統(tǒng)中的傳播軌跡，包括從光源發(fā)出，經(jīng)過(guò)一系列光學(xué)組件，最終進(jìn)入衍射光波導(dǎo)部分的全過(guò)程。這一過(guò)程幫助研究人員準(zhǔn)確把握光線走向，為后續(xù)分析奠定基礎(chǔ)。像面輻照度分布分析OAS 軟件進(jìn)一步對(duì)像面的輻照度分布進(jìn)行分析，結(jié)果以對(duì)數(shù)（lg）形式呈現(xiàn)于圖中。

此應(yīng)用案例演示了通過(guò)使用一個(gè)位圖文件來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)衍射光學(xué)元件（DOE）以用于光擴(kuò)散器來(lái)生成一個(gè)光圖案。

?由于衍射擴(kuò)散器的優(yōu)化始于隨機(jī)相位，不同的優(yōu)化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生不同的透過(guò)率相位函數(shù) 14. 光路圖（LPD）的系統(tǒng)分析 15.總結(jié)?VirtualLab Fusion提供易于使用的工具來(lái)設(shè)計(jì)和優(yōu)化衍射光擴(kuò)散器元件來(lái)生成矩形（擴(kuò)散線或Top Hats）和任意光圖樣。?輔助設(shè)計(jì)步驟也使在衍射光學(xué)方面無(wú)經(jīng)驗(yàn)的光學(xué)工程師完成衍射光學(xué)元件的設(shè)計(jì)。

Scenario 573（1.0） 相關(guān)案例：DO.003，545相關(guān)教程：VirtualLab Fusion-基本工具箱，衍射光學(xué)工具箱 1.摘要?這個(gè)示例演示了優(yōu)化衍射擴(kuò)散器以在遠(yuǎn)場(chǎng)生成任意光圖樣。通過(guò)迭代傅里葉變換算法（IFTA）來(lái)優(yōu)化反射鏡表面輪廓。?優(yōu)化過(guò)程分為三個(gè)步驟。-應(yīng)用IFTA優(yōu)化一個(gè)透射衍射擴(kuò)散器的透過(guò)率函數(shù)。

老師針對(duì)大家關(guān)心的 Zemax OpticStudio 在這兩類衍射光波導(dǎo)課題上可提供的解決方案進(jìn)行了介紹，也對(duì)大家常常涉及到的問(wèn)題進(jìn)行了解答。 本次研討會(huì)讓主講老師與參會(huì)人員進(jìn)行了深入的對(duì)話與交流，增進(jìn)了對(duì)會(huì)議主題的深刻認(rèn)識(shí)，也對(duì)如何使用 Zemax OpticStudio 設(shè)計(jì)AR衍射光波導(dǎo)有了更深的理解和思考。

光束整形＞衍射光學(xué) 任務(wù)/系統(tǒng)說(shuō)明 亮點(diǎn) ?使用空間光調(diào)制器（SLM）模擬光束整形?研究SLM像素間非功能性間距的影響 說(shuō)明：光源 說(shuō)明：SLM像素陣列 說(shuō)明：傅立葉透鏡 說(shuō)明：探測(cè)器 結(jié)果：3D系統(tǒng)視圖

衍射光波導(dǎo)可以改變光信息傳播的方向和能量，進(jìn)而引導(dǎo)光信息從波導(dǎo)內(nèi)部傳輸?shù)饺搜?，其核心和難點(diǎn)在于出瞳處均勻的復(fù)制N次入射光瞳，使出瞳面積/出光面積大幅度增大。這種設(shè)計(jì)極大的優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得AR光學(xué)成像系統(tǒng)體積急劇縮小，引起產(chǎn)業(yè)矚目?；诖?，Ansys將于8月20日推出「衍射光波導(dǎo)的HUD聯(lián)合工作流」主題網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)。

上述光場(chǎng)偏振特性都是用標(biāo)量衍射積分所不能解釋的，說(shuō)明在高數(shù)值孔徑系統(tǒng)中，矢量衍射理論才能準(zhǔn)確描述光的傳播和聚焦特性。4 結(jié)語(yǔ)本文根據(jù)矢量衍射理論推導(dǎo)矢量偏振光束的聚焦光場(chǎng)積分表示，并采用MATLAB模擬仿真實(shí)現(xiàn)了聚焦光場(chǎng)分布的直觀顯示。

衍射光學(xué)元件光整形 光學(xué)軟件VirtualLab可以用來(lái)設(shè)計(jì)和模擬用于激光光束整形的衍射光學(xué)元件。

3.4 光柵衍射角度理論計(jì)算通過(guò)光柵方程n?×sin(θ?)=n?×sin(θ?)+m×λ/d，可精準(zhǔn)計(jì)算各級(jí)衍射角度，僅1~4級(jí)衍射光可在波導(dǎo)內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效傳播，其余級(jí)次光路被抑制，為光柵參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)。

光柵衍射案例分析簡(jiǎn)介光柵衍射是光學(xué)領(lǐng)域中典型的波動(dòng)光學(xué)現(xiàn)象，其衍射光斑的分布規(guī)律直接反映了光柵的結(jié)構(gòu)特性與入射光的傳播特性，在光譜分析、光通信、精密測(cè)量等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。本案例基于 OAS 光學(xué)軟件，通過(guò)搭建標(biāo)準(zhǔn)化的光柵衍射仿真模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵衍射過(guò)程的精準(zhǔn)模擬。