[发明专利]一种消色差光栅、消色差方法及近眼显示系统

权利要求书

1.一种消色差光栅，其特征在于，包括：

针对红光的第一浮雕光栅、针对绿光的第二浮雕光栅和针对蓝光的第三浮雕光栅；

所述第一浮雕光栅、所述第二浮雕光栅和所述第三浮雕光栅叠刻在同一基材表面，其中，所述第一浮雕光栅、所述第二浮雕光栅和所述第三浮雕光栅的光栅参数组成的光栅参数组合，是根据严格耦合波光栅理论、数据分析确定的使所述消色差光栅的光栅效率最高的一组光栅参数组合，光栅参数包括光栅的效率、级次、周期、占空比、脊高、深宽比、对应光的波长、对应光波导的材料。

2.根据权利要求1所述的消色差光栅，其特征在于，所述第一浮雕光栅的周期与所述红光的波长的比值、所述第二浮雕光栅的周期与所述绿光的波长的比值和所述第三浮雕光栅的周期与所述蓝光的波长的比值均小于2。

3.根据权利要求1所述的消色差光栅，其特征在于，所述第一浮雕光栅的占空比、所述第二浮雕光栅的占空比和所述第三浮雕光栅的占空比均小于0.5。

4.根据权利要求1所述的消色差光栅，其特征在于，所述第一浮雕光栅的深宽比、所述第二浮雕光栅的深宽比和所述第三浮雕光栅的深宽比均小于0.5。

5.一种消色差方法，其特征在于，包括：

根据严格耦合波光栅理论和数据分析确定分别针对红光、绿光和蓝光的第一浮雕光栅、第二浮雕光栅和第三浮雕光栅的光栅参数，分析各个光栅参数之间的关系，得出光栅效率最高的一组光栅参数组合；

计算所述第一浮雕光栅、所述第二浮雕光栅和所述第三浮雕光栅的共同周期，根据所述共同周期建立模型进行数值仿真，分析并判断所述第一浮雕光栅、所述第二浮雕光栅和所述第三浮雕光栅叠刻在同一基材表面后形成的消色差光栅的串扰是否满足人眼的观看要求；其中，所述消色差光栅为权利要求1-4任一项所述消色差光栅；

若判断获知不满足人眼的观看要求，则修改所述光栅参数和所述模型，再次进行数值仿真，直到串扰小于人眼的观看要求；

所述光栅参数包括，光栅的效率、级次、周期、占空比、脊高、深宽比、对应光的波长、对应光波导的材料；

所述各个光栅参数之间的关系具体为：

其中，η_TERi为TE光衍射的第i个反射级次的衍射效率，η_TMRi为TM光衍射的第i个反射级次的衍射效率，η_TETi为TE光衍射的第i个透射级次的衍射效率，η_TMTi为TM光衍射的第i个透射级次的衍射效率，R_i为第i级次反射光的振幅，为R_i的共轭，Re为取实部操作，k_I,zi为波导外介质中第i个级次反射光的波矢Z分量，n_I是波导外介质的折射率，k₀为真空中波矢，cosθ为入射光与光栅表面法向方向夹角，T_i为第i级次透射光的振幅，T_i^*为T_i的共轭，k_II,zi为波导介质中第i个级次透射光的波矢Z分量，为波导介质折射率的平方。

6.一种近眼显示系统，其特征在于，包括：

微显示器，用于发出输入信号光；

输入光栅，用于将所述输入信号光调制输入到光波导，形成调制信号光；

光波导，用于传输所述调制信号光；

输出光栅，用于将所述调制信号光从所述光波导中调制输出；

其中，所述输入光栅和所述输出光栅均为权利要求1-4任一项所述消色差光栅，所述输入光栅和所述输出光栅的结构相同。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：

中继器光学子系统，用于将所述输入信号光放大准直。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述输入光栅为透射式光栅或反射式光栅；所述输出光栅为透射式光栅或反射式光栅。