全息波导耦合元件对称结构的研究

发布时间：2024-03-09 16:32

　　全息波导耦合元件是增强现实显示系统的关键光学元件,光束垂直入射至全息波导板中通过入耦合元件改变光束传播方向,在波导板中形成波导现象传输至出耦合元件处,通过出耦合元件再次改变传输方向从全息波导板出射至人眼。当入耦合元件与出耦合元件均为透射式或反射式耦合元件时,两次改变光束传播方向的角度值相等。根据全息波导的成像原理,结合k矢量圆理论与全息光学记录原理,设计了全息波导入耦合元件与全息波导出耦合元件的对称型周期结构。利用MATLAB软件模拟了全息波导耦合元件记录时的干涉光强模型,实验结果与所设计的耦合元件周期结构数据吻合;利用COMSOL软件模拟了全息波导耦合元件对光束传输角度的改变过程,实验结果与理论改变光束传播方向的角度值一致。实验证明了两个全息波导耦合元件以互为对称的结构排布在全息波导光学系统中,能够满足全息波导光学系统对光束传播方向的要求。

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【部分图文】：

图1全息波导板光路传输示意图。（a）反射式耦合元件；（b）透射式耦合元件

为了能让入射光在全息波导板内形成波导现象并沿波导板平面法线方向出射至人眼，需要对全息波导内的两个耦合元件的周期结构进行合理设计，以达到耦合元件作用于入射光来改变光束传播方向的目的。根据光学全息原理[12]设计全息波导耦合元件，以透射式全息波导耦合元件为例，记录过程如图2(a）、（....

图2透射式耦合元件记录与再现示意图。（a）耦合元件1记录示意图；（b）耦合元件2记录示意图；（c）耦合元件1再现示意图；（d）耦合元件2再现示意图

图1全息波导板光路传输示意图。（a）反射式耦合元件；（b）透射式耦合元件根据k矢量圆理论[13]可知，物光波矢量、参考光波矢量及光栅矢量应满足：

图3反射式耦合元件的光栅矢量分析图。（a）耦合元件1的K矢量圆分析图；（b）耦合元件1的光栅倾角示意图；（c）耦合元件2的K矢量圆分析图；（d）耦合元件2的光栅倾角示意图

根据全息光学记录原理分析并设计全息波导耦合元件的周期结构，在记录过程中，物光S(x,y）和参考光R(x,y）的复振幅分别表示为图4透射式耦合元件的光栅矢量分析图。（a）耦合元件1的K矢量圆分析图；（b）耦合元件1的光栅倾角示意图；（c）耦合元件2的K矢量圆分析图；（d）耦合元件....

图4透射式耦合元件的光栅矢量分析图。（a）耦合元件1的K矢量圆分析图；（b）耦合元件1的光栅倾角示意图；（c）耦合元件2的K矢量圆分析图；（d）耦合元件2的光栅倾角示意图

图3反射式耦合元件的光栅矢量分析图。（a）耦合元件1的K矢量圆分析图；（b）耦合元件1的光栅倾角示意图；（c）耦合元件2的K矢量圆分析图；（d）耦合元件2的光栅倾角示意图则物光波与参考光波在记录介质上的干涉光强分布为

本文编号：3923623