基于多层体光栅的大视场高亮度全息波导系统及制备方法

技术特征：
1.一种基于体光栅的大视场高亮度全息波导系统，其特征在于所述系统包括微像源(1)，准直系统(2)和波导单元，所述波导单元包括多层波导介质(3)和光栅复合结构；所述光栅复合结构中光栅包括入耦合光栅和出耦合光栅，分别位于多层波导介质(3)的同侧且存在一定的距离；所述准直系统(2)和微像源(1)被设置放在波导单元的同侧；多层波导介质(3)中的两层波导介质之间由间隔物(4)支撑；由微像源(1)发出的光信号通过准直系统(2)准直后入射到波导单元的入耦合光栅，在波导单元中发生衍射-全反射-衍射后由出耦合光栅再传入人的眼睛。2.根据权利要求1所述的基于体光栅的大视场高亮度全息波导系统，其特征在于所述的微像源(1)包括microoled、microled、dlp、lcos或lbs显示器件。3.根据权利要求1所述的基于体光栅的大视场高亮度全息波导系统，其特征在于所述的光栅复合结构中每一层分别响应不同的中心波长，也即对不同视场角下的入射角度范围光线分别衍射；所述中心波长为光线在垂直于光栅平面入射下衍射效率最大值对应的波长，所述复合结构响应的中心波长由以下布拉格公式得到：其中，λ是真空中的布拉格波长，λ是光栅周期，是光栅条纹面的倾斜角，n是材料的平均折射率。4.根据权利要求1或3所述的基于体光栅的大视场高亮度全息波导系统，其特征在于所述的光栅复合结构中多层波导介质(3)为玻璃或塑料树脂材料，其中，单层波导介质和光栅复合结构衍射效率不低于70％，衍射响应波长带宽不低于15nm。5.根据权利要求1所述的基于体光栅的大视场高亮度全息波导系统，其特征在于所述的波导单元中每一层复合结构之间都有间隔物(4)存在，所述间隔物(4)位于波导介质周边，所述间隔物(4)厚度在1微米到50微米之间，材料为聚酯薄膜、二氧化硅微球、或mylar片。6.一种如权利要求1所述的基于体光栅的大视场高亮度全息波导系统的波导单元制备方法，其特征在于该制备方法为：将光栅材料通过旋涂、喷涂、涂布或灌注的方式涂覆在波导介质表面，然后经过预处理、曝光和后处理工艺制备单层波导介质和光栅的复合结构；将制备完成的单层波导介质和光栅复合结构进行层叠封装，在波导介质四周铺垫间隔物，层与层对应光栅区域之间存在一定的空气层；每一层复合结构中光栅的响应中心波长数值各不相同，构成的波导单元总衍射响应带宽是各层复合结构衍射响应带宽叠加的结果；各层复合结构通过分次变角度相干曝光，即改变参考光和物光夹角进行曝光来改变光栅响应的中心波长。7.根据权利要求6所述的基于体光栅的大视场高亮度全息波导系统的波导单元制备方法，其特征在于所述光栅材料包括重铬酸盐材料、丙烯酸酯光致聚合物材料、银盐材料、全息聚合物分散液晶材料或偏振体光栅材料，光栅可对偏振或者非偏振光响应。8.根据权利要求6所述的基于体光栅的大视场高亮度全息波导系统的波导单元制备方法，其特征在于所述预处理为：a.预加热，启动材料内部的预交联过程；b.将未曝光光栅材料冷冻，防止材料发生凝胶过程；c.在曝光前需要将材料进行解冻，恢复至室温条件下。
9.根据权利要求8所述的基于体光栅的大视场高亮度全息波导系统的波导单元制备方法，其特征在于所述曝光为分次变角度相干曝光，曝光记录波长为可见光波段或紫外波段，参考光和物光之间的夹角和光栅响应中心波长满足如下关系：其中，n为光栅材料的平均折射率，λ
res
为曝光记录波长，为光栅条纹面的倾斜角，λ
g
为光栅的响应中心波长，δ为参考光和物光之间的夹角。10.根据权利要求6所述的基于体光栅的大视场高亮度全息波导系统的波导单元制备方法，其特征在于所述光栅响应的中心波长根据光栅在入射角度和入射波长的衍射效率响应曲线与像源光谱曲线重叠对应的入射角度范围和所需fov大小来计算。

技术总结
本发明公开了一种基于多层体光栅的大视场高亮度全息波导系统及制备方法，所述系统包括微像源(1)，准直系统(2)和波导单元，所述波导单元包括多层波导介质(3)和光栅复合结构；所述复合结构中光栅包括入耦合光栅和出耦合光栅，分别位于多层波导介质的同侧且存在一定的距离；所述准直系统和微像源被设置放在波导单元的同侧；多层波导介质中的两层波导介质之间由间隔物(4)支撑；采用波导介质和光栅组成的复合结构级联的方式来对不同视场下的入射角度进行衍射，各个复合结构之间相互独立，分别对一定范围内的入射角度进行衍射，实现了衍射效率的最大化；具有超大视场、高亮度、结构可扩展性等优点。扩展性等优点。扩展性等优点。


技术研发人员：王闯 张宇宁 翁一士 顾雨晨 魏然 常世鹏 李经纬 仲伟志
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2022.01.27
技术公布日：2022/6/4