[发明专利]全息波导显示系统出瞳均匀性的方法

权利要求书

1.一种全息波导显示系统出瞳均匀性的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据追迹不同角度耦合到波导内的载像光波在波导内的传播过程及在输出耦合光栅出的耦出情况，分析整个出瞳范围内所有光波的能量分布，

步骤2：通过编制程序改变输出光栅各局部区域的峰值效率得到对应的输出光强的能量分布，步骤3：利用神经网络算法，选出整个出瞳范围内最均匀显示效果所对应的输出耦合光栅效率分布；

步骤4：利用全息曝光技术，在记录光栅时，通过精密控制曝光区域各部分的物光和参考光的能量比、偏振、曝光及预曝光时间对于记录材料进行双光束干涉曝光，以制备效率分布均匀的输出耦合光栅；

上述步骤1-4实现满足在整个出瞳范围内全视场情况下的显示输出亮度均匀性的效果。

2.根据权利要求1所述的全息波导显示系统出瞳均匀性的方法，其特征在于，步骤1中，对不同FOV下载像光波在波导内的传播路径进行追踪、分析，追迹各光线出瞳能量与出瞳处光栅局部效率的关系，选择合适的优化判据，编制优化算法优化输出耦合光栅的效率分布曲线。

3.根据权利要求1所述的全息波导显示系统出瞳均匀性的方法，其特征在于，步骤2中，将耦入光线根据FOV角度范围离散化，耦出光栅按空间位置离散化，追踪每个角度下入射光线在波导内的传播轨迹，直到在耦出光栅处按局部效率部分耦出，记录下耦出光线耦出能量于对应的耦出光栅位置及该位置下局部效率关系，当离散化的数量足够大，耦出光线集合足够多时，即可根据耦出光线的均值方差极小化来计算得出对应的耦出光栅效率分布集合。

4.根据权利要求1所述的全息波导显示系统出瞳均匀性的方法，其特征在于，步骤3中，耦出光线均匀性的判据采用均方差值的最小化或者协方差，标准差，变异系数中的一种。

5.根据权利要求1所述的全息波导显示系统出瞳均匀性的方法，其特征在于，步骤1中，当载像光波以θ角度入射到波导中，被输入耦合光栅衍射后，在波导中以β角度传播，其传播周期P与波导厚度t和光束传输角度β有关，具体关系如下：

P(β,t)＝2t·tan(β) (6.1)

在全视场(FOV)范围内将入射角度离散化，同时将耦合输出光栅按传播方向按位置坐标离散化，可以通过对输出光栅沿不同位置控制效率η_m，追迹出整个出瞳范围内全FOV的输出强度I_diff(m)。

6.根据权利要求1所述的全息波导显示系统出瞳均匀性的方法，其特征在于，步骤2中，

具体如下：波导中入射光束的宽度取决于准直系统的光瞳尺寸和入耦合光栅的尺寸，将波导内光波传播周期性步长记为P，W_in表示某一角度下入射光波光束的宽度，当W_in≤P时，在两个相邻输出光束之间将存在间隙Δ＝P-W_in，为了使输出光束连续，不同的角度下的入射光束宽度W_in应大于或等于该入射角度下耦合入波导内后的传播周期长度P；

作为目标优化的标准，输出光强的均匀性即为各传播角下从输出光栅各局部区域衍射出的输出光强积分偏差的最小化，取N个不同的传播角选择变异系数(C.V)作为该优化判据，以满足输出均匀性的同时，进一步的保障系统光效的最大化：

表示沿传播角下输出光栅的各衍射光强局部强度的平均值，m是特定传播角下光波在波导内输出光栅区域的衍射及反弹次数；

根据初始光强的分布，将一个传播周期分为四个区域：L1，L2，L3，L4，用于计算的输出光栅局部区域平均效率，此处m代表光束传播的反弹次数，L_k意味着这种反射光覆盖输出光栅的某个L_k区域，平均效率是根据相应区域的效率η_N及其加权平均值计算所得；不同FOV角度下光波传导所对应的传播周期和局部区域划分的是不同的，当在FOV范围内取得足够大的样本数量用于抽样计算时，得到足够的表征方程来推导出所需均匀性要求下的输出光栅效率分布η₁～η_N。