[发明专利]一种光波导及近眼显示设备

说明书

本发明实施例涉及光学元件设计技术领域，公开了一种光波导，其包括基底、耦入区域和耦出区域，所述耦入区域和/或所述耦出区域设置有具有至少一个光栅周期的一维波长复用光栅，在每一所述光栅周期内，所述一维波长复用光栅由至少一个蓝色通道的一维矩形光栅、至少一个绿色通道的一维矩形光栅和至少一个红色通道的一维矩形光栅组成，本发明实施例提供的光波导中采用了一种表面为由多个一级矩形光栅构成的多级垂直浮雕的光栅，其能够均匀化红、绿、蓝三色光的多角度耦合，减轻层叠结构带来的负重，应用于近眼显示设备中时，具有能够实现多色显示、且体积小的优点。

技术领域

本发明实施例涉及光学元件设计技术领域，特别涉及一种光波导及近眼显示设备。

背景技术

增强现实即AR(Augmented Reality)技术作为新一代显示技术，结合5G甚至6G等通讯手段，在未来具有巨大的商业和消费潜力，以及服务于公共领域安全的作用。目前已经发展较为成熟的技术方案如棱镜方案、birdbath方案、自由曲面方案等由于体积较大，限制了其在智能穿戴领域的应用。

因此，光波导是目前最有潜力的方案，其突破了体积这一限制。在这一技术中，几何阵列波导、表面浮雕、体全息波导等技术相继迭出。阵列波导由于阵列本身的尺度会带来画面的条纹效果和视场范围受限等问题，其技术方案的迭代速度已经减缓。表面浮雕和体全息光栅是目前研究较多的技术方向。利用纳米技术设计并制造一定图案的薄膜，进而调控光场衍射传播，能够突破视场角限制因而具有较大潜力。这其中，尤以表面浮雕光栅最为引人注目。其优势体现在，其制造难度相对全息光栅来说要小很多，成品率相应的提升，是未来5-10年最先能实现量产的衍射波导技术。

在实现本发明实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：目前市面上常见的光波导衍射方案，通常会对光波导的耦入区域和耦出区域的光栅进行优化，例如，利用闪耀光栅来实现光束的耦合，这种方案能够实现一定角度范围内的衍射均匀化，还有的，则采用倾斜光栅，优化后入射耦合效率能够达到80％以上，更有的，采用超结构垂直浮雕光栅，实现大角度的光束耦合，然而，如上述的光栅结构皆为单色光栅，若要实现多种颜色的显示时，需要增加额外的叠层结构，其制造难度和成本相对较高，且会导致光波导的体积较大。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明实施例提供了一种结构简单、负重小、能够实现多种波长的光束复用耦合的光波导及近眼显示设备。

本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例中提供了一种光波导，包括：基底、耦入区域和耦出区域，所述耦入区域和/或所述耦出区域设置有具有至少一个光栅周期的一维波长复用光栅，

在每一所述光栅周期内，所述一维波长复用光栅由至少一个蓝色通道的一维矩形光栅、至少一个绿色通道的一维矩形光栅和至少一个红色通道的一维矩形光栅组成。

在一些实施例中，所述一维波长复用光栅的光栅形状满足以下函数关系式：

A(x)＝G_B(x)+G_G(x)+G_R(x)

其中，G_i＝B,G,R(x)表示蓝、绿、红三种颜色通道的一维矩形光栅的光栅形状函数，m_i表示一维矩形光栅的高度，表示一维矩形光栅的偏移距离，p_i表示一维矩形光栅的光栅周期。

在一些实施例中，所述一维波长复用光栅的光栅周期为400-1000nm。

在一些实施例中，所述蓝色通道的一维矩形光栅的光栅周期为300-360nm，所述蓝色通道的一维矩形光栅的偏移距离为0-400nm，所述蓝色通道的一维矩形光栅的光栅高度为0-400nm。