一種復(fù)用體全息光柵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于全息光柵波導(dǎo)顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種無(wú)色偏的復(fù)用體全息光柵。
【背景技術(shù)】
[0002] 全息波導(dǎo)顯示技術(shù)是一種利用高亮度微型顯示器為圖像源，以透明的全息護(hù)目鏡 為顯示屏，通過(guò)小型化光學(xué)系統(tǒng)將圖像通過(guò)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)投射到人眼成像的顯示技術(shù)。它具有 超大視場(chǎng)、輕便等優(yōu)點(diǎn)，多用于軍用顯示領(lǐng)域。
[0003] 常見(jiàn)的單色全息波導(dǎo)顯示器的工作原理為，位于圖像輸入端的入耦合光柵結(jié)構(gòu)對(duì) 輸入光波進(jìn)行濾波，綠光耦合進(jìn)入波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過(guò)波導(dǎo)的傳輸和出耦合光柵的調(diào)制，攜帶 虛擬圖像信息的光波進(jìn)入人眼，呈現(xiàn)綠色的三維圖像。彩色全息波導(dǎo)顯示器的工作原理與 單色全息波導(dǎo)顯示器類似，主要差別在于輸入光經(jīng)過(guò)入耦合光柵后，紅綠藍(lán)三原色光被濾 波，進(jìn)入波導(dǎo)傳播，最后經(jīng)過(guò)出耦合光柵，二次濾波并輸出彩色三維圖像。入耦合光柵對(duì)輸 入光的濾波效果直接決定了輸出端成像是否存在色彩偏移、亮度不均等問(wèn)題。目前，用于全 息波導(dǎo)的光柵多以體全息光柵、傾斜光柵和面光柵為主。其中，體全息光柵在波長(zhǎng)選擇方面 表現(xiàn)出的高靈敏度，大大優(yōu)于其它的光柵。
[0004] 體全息光柵實(shí)現(xiàn)彩色全息的常用方法是多層光柵的疊加。該技術(shù)的入耦合光學(xué)系 統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示，入射光101垂直入射進(jìn)入體全息光柵103、104、105，各層光柵只有一個(gè) 峰值反射波長(zhǎng)，紅、綠、藍(lán)光被選擇，反射進(jìn)入波導(dǎo)層102。一方面，由于三種顏色光波進(jìn)入 光柵層的深度不同，其衍射波進(jìn)入波導(dǎo)的位置不同，因此不能同時(shí)到達(dá)出耦合光柵；另一方 面，雖然希望每一層光柵只對(duì)某一帶寬內(nèi)的波長(zhǎng)具有選擇性，其它波長(zhǎng)的光波可以完全透 過(guò)，但實(shí)際上其他波長(zhǎng)的光波透過(guò)時(shí)會(huì)引入一定程度的耗損，導(dǎo)致三原色能量相差較大。運(yùn) 用有限元分析方法分析多層光柵的光譜特性，具體數(shù)值見(jiàn)表1。
[0005] 表1多層親合體全息光柵衍射效率
[0006]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種復(fù)用體全息光柵，其特征在于，所述復(fù)合體全息光柵的折射率（n)為平均折射 率和多個(gè)折射率調(diào)制度的疊加，在二維空間xy坐標(biāo)系中，可表述為：
其中，x軸為平行于光柵表面的坐標(biāo)軸，y為垂直于光柵表面的坐標(biāo)軸，％為材料平均 折射率； An表示折射率調(diào)制度，其中，AnK、A%、AnB分別表示紅、綠、藍(lán)光對(duì)應(yīng)的折射率調(diào)制 度； K表不光柵矢量，其中，{^、{((^&的分別表不紅~綠~藍(lán)光對(duì)應(yīng)的光柵矢量； K可通過(guò)K= 2 31/A求得，A為光柵周期，P為傾斜角； 布拉格條件下，A滿足：A=2]^ A sin 9，其中，0為布拉格角，A為入射波長(zhǎng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)用體全息光柵，其特征在于，在同一層介質(zhì)上記錄三張全息 圖，即用紅、綠、藍(lán)色激光分別曝光三次，經(jīng)三次曝光形成的體全息光柵傾斜角相同，周期不 同，控制曝光時(shí)間，使得紅、綠、藍(lán)光對(duì)應(yīng)的折射率調(diào)制度為AnK>An<；>AnB。
3. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)用體全息光柵，其特征在于，紅、綠、藍(lán)光的峰值衍射效率均 勾，即出射能量比為1: (0.96~1) :1。
4. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)用體全息光柵，其特征在于，所述復(fù)合體全息光柵厚度為 10~30ym，光柵材料的平均折射率為1. 5~1. 55,折射率調(diào)制度An為0. 035~0. 1。
5. 如權(quán)利要求2所述的復(fù)用體全息光柵，其特征在于，曝光過(guò)程包括如下步驟： 步驟一，使兩束藍(lán)色激光相互干涉，在體全息材料內(nèi)部形成周期為AB的傾斜條紋，記 錄第一張全息圖； 步驟二，將藍(lán)色激光換成綠色，始終保持曝光時(shí)兩束激光夾角的中心線與光柵平面夾 角相等，以保證光柵矢量方向相同，在同一體全息材料上依次記錄第二張全息圖，此時(shí)綠光 對(duì)應(yīng)的光柵周期為Ae; 步驟三，將綠光換成紅光，重復(fù)步驟二，記錄第三張全息圖，此時(shí)紅光對(duì)應(yīng)的光柵周期 為Ak〇
6. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)用體全息光柵，其特征在于，所述復(fù)用體全息光柵為反射式 體全息光柵，可密接于平板光波導(dǎo)上方，與平面光波導(dǎo)構(gòu)成彩色全息波導(dǎo)顯示器的入耦合 器。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)用體全息光柵，所述復(fù)用體全息光柵在同一層介質(zhì)上通過(guò)三次曝光分別記錄紅、綠、藍(lán)三張全息圖，不同波長(zhǎng)曝光形成的體全息光柵傾斜角相同，周期不同，控制曝光時(shí)長(zhǎng)，使得曝光后紅、綠、藍(lán)光對(duì)應(yīng)的折射率調(diào)制度為Δn紅光＞Δn綠光＞Δn藍(lán)光，其對(duì)應(yīng)的峰值衍射效率相近。本發(fā)明能有效均衡紅綠藍(lán)光波的出射能量，避免顏色偏移。
【IPC分類】G03H1-04, G02B5-18
【公開(kāi)號(hào)】CN104777535
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510133629
【發(fā)明人】郭靜菁, 楊蘭蘭, 屠彥, 王莉莉, 王保平
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年3月25日