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具有連續調製光柵區域的光波導化
時間:2023-01-17 16:56來源:未知作者: infotek點擊:次列印
摘要

 
 
       在增強現實和混合現實應用 (AR & MR) 領域的波導光學器件設計過程中，橫向均勻性（每個視場模式）和整體效率是兩個最重要的評價函數。 為了在光波導系統中獲得適當的均勻性和效率值，有必要允許光柵參數的變化，特別是在光瞳擴展區域和/或耦出區域中。 為此，VirtualLab Fusion 能夠在光柵區域中引入平滑變化的光柵參數，並提供必要的工具來根據定義的評價函數運行優化。 此案例展示了如何使用連續變化的填充因數值優化波導來獲得足夠的均勻性。

 
                                                                                  
任務描述
 
 
 
 

光波導組件

       使用波導元件，可以輕鬆定義具有複雜形狀區域的波導系統。 此外，這些區域可以配備理想化或真實的光柵結構，以充當耦入元件、耦出元件或出瞳擴展元件。 更多資訊請見：


波導的構造


 
光柵區域

 

       對於耦入元件、耦出元件和眼瞳擴展元件 (EPE)，使用了真實光柵。 他們的瑞利矩陣和相應的效率是用 FMM (RCWA) 嚴格計算的。 您可以在以下位置找到有關如何設置的更多資訊：




如何使用真實光柵結構設置一個波導

 
 
均勻性探測器




       均勻性探測器評估局部區域內（稱為光瞳）的能量強度。每個光瞳由其大小定義(dx × dy) ，其可以設置為橢圓形或矩形。

       您可以下方連結找到有關如何設置的資訊：





用於波導系統的均勻性探測器


 
總結-組件


帶有附加指南的一般工作流程




       以一個現有的、可運行的波導系統作為基礎，即已經包括基本幾何形狀（所需距離和定位光柵區域）和光柵規格（方向、週期、順序）。這個例子取自：
       • 構建波導 [案例]
       • 波導板佈局設計工具 [案例]
 
       配置光柵區域的真實光柵結構，這是應用光柵參數連續或平滑變化之前的必要步驟：
       • 如何設置具有真實光柵結構的波導 [案例]
       • 使用真實光柵模擬一維-一維光瞳擴展元件 [案例]
 
       光束步跡和光柵分析工具用於指定光柵參數變化的所需範圍，並針對特定條件（波長和方向）預先計算相應的瑞利係數。下一步，生成光學設置，其中可以定義平滑參數變化：
       • AR/MR 應用波導的步跡分析 [案例]
       • 光波導上的光柵分析和平滑調製的光柵參數 [案例]

       注意：

       光柵調製是針對各個光柵區域定義的。


步跡和光柵分析



       在步跡和光柵分析工具的幫助下，光柵特性（複值）被預先計算並存儲在查閱資料表中，用於選定參數的指定範圍（例如填充因數）。 根據可用的效率調製範圍選擇填充因數的初始範圍。 更多資訊可參見：
 


 
光柵分析和在波導上的平滑調製光柵參數


初始系統的生成



定義光柵區域的調製函數



初始系統的生成







優化設置-選擇參數





優化設置 - 指定約束

 


評價函數 值
均勻度誤差 0%
算術平均值 0.0002(V/m)²

• 定義變數的可用範圍（此處：EPE 和外耦合器的填充係數）。
• 為了實現低均勻性誤差和可接受的強度分佈，將均勻性誤差的目標值設置為 0%，並指定算術平均值的目標值。
• 通過定義評價函數的權重值，可以調整優化的貢獻（相關性或優先順序）。
 


優化結果



優化結果

 



優化均勻性與能量密度

       通過對初始和優化系統的眼動範圍進行線掃描，揭示了均勻性和局部能量密度的差異。



VirtualLab Fusion技術




檔案資訊

 


 
延伸閱覽     

- Grating Analysis and Smoothly Modulated Grating Parameters on Lightguides

- Uniformity Detector for Lightguide Systems

- Light Guide Layout Design Tool

- Flexible Region Configuration

- How to Set Up a Lightguide with Real Grating Structures

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