一种高效率宽角度的耦合光栅。包括闪耀光栅结构的基底，在基底的斜面上，镀折射率、厚度不完全相同的三层膜，第一层膜和第三层膜的折射率相同，第二层膜的折射率小于第一层膜和第三层膜。第一层膜的厚度大于第二层膜，第二层膜的厚度大于第三层膜，在膜层上方粘合透明的光学胶，与耦合光束的出射介质相连。耦合光栅的周期，与入射波长及出射介质的折射率相关。在入射波长为532nm，出射介质的折射率为1.52时，周期为410nm。当光束垂直入射时，耦合效率接近97%。当光束的纵向角在[-8°，12°]、横向角在[-15°，15°]内变化时，耦合效率大于93%。本发明专利技术的耦合光栅可在宽入射角的范围内，高效率的耦合光束。该光栅可应用于大视场的衍射屏显系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及衍射屏显领域，尤其涉及ー种在大视场、小体积的衍射屏显系统中，高效率耦合成像光束的耦合光栅。
技术介绍
在衍射屏显领域，小体积大视场的系统设计已成为趋势，尤其是头戴式衍射屏显，更要求小巧轻便。如图I所示，传统方式是将各视场的成像光束，经准直后入射带有楔形斜面的波导板内，光束的耦合能量可接近100%。但是要求成像光源倾斜放置，波导板需要较宽的横截面，増加了系统的体积和重量。图2将闪耀光栅作为耦合元件，成像光束可以垂直波导面入射，光束发生衍射后，在波导内全反射传播。这种设计可以减小体积和重量，但是闪耀光栅的耦合效率一般低于70%，当屏显要求的视场较大，即入射角度变化范围较宽吋，部分角度的耦合效率可降至30%，损失了较多的入射能量。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有的衍射屏显系统中，小体积的耦合系统，在大视场的成像范围内，无法实现高衍射耦合的问题，提供ー种高效率宽角度的耦合光栅，可嵌入波导中，形成小体积的光束耦合系统，并在20° X30°的视场范围内，提供大于93%的耦合效率。本专利技术提供的高效率宽角度的耦合光栅，包含闪耀光栅结构的基底，在基底上镀折射率、厚度不完全相同的三层膜，即第一层膜、第二层膜和第三层膜。第一层膜和第三层膜的折射率相同，第二层膜的折射率小于第一层膜和第三层膜。第一层膜和第三层膜的折射率大于2. 4，第二层膜的折射率小于I. 4。由基底到出射介质的方向，膜层的厚度按照逐渐变薄的规则变化，第一层膜的厚度大于lOOnm、第二层膜的厚度大于60nm并小于lOOnm、第三层膜的厚度小于60nm。膜层上方即第三层膜与光束出射介质相粘合。光束出射介质一般为波导。出射介质的折射率小于第一层膜和第三层膜。耦合光栅的基底呈现闪耀光栅的结构形貌。闪耀光栅断面的槽型，可以是单闪耀光栅，闪耀光栅ー边的槽线与底面倾斜，ー边的槽线与底面垂直；也可以是双闪耀光栅，闪耀光栅ー边的槽线与底面傾斜，另ー边的槽线也与底面傾斜。基底材料为金属。耦合光栅的周期由入射光束的波长而定，周期与波长的关系为周期=波长/(nX sinA)，其中η是出射介质的折射率;Α是光束垂直入射光栅表面吋，一级衍射光束与光栅表面法线的夹角。A大于出射介质在空气中的全反射临界角。本专利技术的优点和积极效果和现有的技术相比，本专利技术提供的高效率宽角度耦合光栅，可以形成小体积的耦合系统，在大视场的成像范围内，实现高效率的光束耦合。附图说明图I是现有的楔形斜面耦合系统。图2是现有的闪耀光栅耦合系统。图3是本专利技术耦合光栅的单周期结构图。图4是本专利技术I禹合光栅的稱合光束不意图。 图5是本专利技术耦合光栅在宽角度入射下，衍射效率的分布图。图中，I是波导板,2是楔形斜面,3是闪耀光栅,4是闪耀光栅结构的基底、5是第一层膜、6是第二层膜、7是第三层膜、8是出射介质、9是耦合光柵。具体实施例方式图3是本专利技术耦合光栅的单周期结构图。该耦合光栅由基底、多层膜、出射介质组成。其中基底4呈现闪耀光栅的槽型结构。在本实施例中，基底4是单闪耀光栅，闪耀光栅ー边的槽线与底面倾斜，ー边的槽线与底面垂直。闪耀角是30°。基底4的材料是金属银。在基底4的斜面上，依次镀第一层膜5、第二层膜6、第三层膜7。在本实施例中，第一层膜层5和第三层膜7的折射率是2. 5,第二层膜6的介质是I. 38。第一层膜层5、第二层膜层6、第三层膜层7的镀膜均匀，膜层的上、下表面均与基底4的斜面平行。第一层膜的厚度大于第二层膜的厚度，第二层膜的厚度大于第三层膜的厚度。在本实施例中，第一层膜的厚度为120nm，第二层膜的厚度为lOOnm，第三层膜的厚度为 50nmo出射介质8与第三层膜7相粘合，出射介质8为低折射率透明的材质，出射介质的折射率小于第一层膜和第三层膜。在本实施例中，出射介质的折射率为1.52。如图4所不,I禹合光栅9经过出射介质8与波导板I相粘合，光束由垂直于I禹合光栅的方向入射，经衍射后，一级衍射光束在波导板内发生全反射，继续传播。图4中，光束在说明书的纸面内变化时，变化的角度称之为纵向角b ;光束在与纸面垂直的平面内变化的角度称之为横向角a。耦合光栅的周期是由入射光束的波长而定的。周期与波长的关系是周期=波长/(nX sinA)，其中η是出射介质的折射率；Α是光束垂直入射光栅表面吋，一级衍射光束与光栅表面法线的夹角。A大于出射介质在空气中的全反射临界角。在本例中,波长是532nm，η是I. 52, A是60°。经过计算,得到周期T是410nm。图5显示了光束的纵向角b在[-8°，12° ]、横向角a在[-15°，15° ]内变化时，最高耦合效率接近97%，最低耦合效率大于93%。图5的计算结果是基于“M. G. Monaram, Formuiationfor stable and efficient implementation of tne rigorouscoupled-wave analysis of binary gratings, J. Opt. Soc. Am. A 12，5 (1995) ”,米用严格率禹合波的方法理论计算得到的。以上所述仅为本专利技术的优选实例，并未因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所做的等效结构或流程变化，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高效率宽角度的稱合光栅，其特征在于，所述的稱合光栅包含闪耀光栅结构的基底，在基底上镀折射率、厚度不完全相同的三层膜，即第一层膜、第二层膜和第三层膜，第一层膜和第三层膜的折射率相同，第二层膜的折射率小于第一层膜和第三层膜；第一层膜的厚度大于第二层膜的厚度，第二层膜的厚度大于第三层膜的厚度，膜层上方即第三层膜与光束出射介质相粘合；光束出射介质一般为波导。2.根据权利要求I所述的耦合光栅，其特征在于，基底呈现闪耀光栅的结构形貌；闪耀光栅断面的槽型是单闪耀光栅，闪耀光栅一边的槽线与底面倾斜，一边的槽线与底面垂直。3.根据权利要求I所述的耦合光栅，其特征在于，基底呈现闪耀光栅的结构形貌；闪耀光栅断面的槽型是双闪耀光栅，闪耀光栅一边的槽线与底面倾斜，另一边的槽线也与底面倾斜。4.根据权利要求I所述的耦合光栅，其特征在于，基底材料为金属。5.根据权利要求I所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄战华，尤勐，蔡怀宇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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