一种复用体全息光栅的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于全息光栅波导显示技术领域，尤其是一种无色偏的复用体全息光栅。
【背景技术】
[0002] 全息波导显示技术是一种利用高亮度微型显示器为图像源，以透明的全息护目镜 为显示屏，通过小型化光学系统将图像通过波导结构投射到人眼成像的显示技术。它具有 超大视场、轻便等优点，多用于军用显示领域。
[0003] 常见的单色全息波导显示器的工作原理为，位于图像输入端的入耦合光栅结构对 输入光波进行滤波，绿光耦合进入波导结构，再经过波导的传输和出耦合光栅的调制，携带 虚拟图像信息的光波进入人眼，呈现绿色的三维图像。彩色全息波导显示器的工作原理与 单色全息波导显示器类似，主要差别在于输入光经过入耦合光栅后，红绿蓝三原色光被滤 波，进入波导传播，最后经过出耦合光栅，二次滤波并输出彩色三维图像。入耦合光栅对输 入光的滤波效果直接决定了输出端成像是否存在色彩偏移、亮度不均等问题。目前，用于全 息波导的光栅多以体全息光栅、倾斜光栅和面光栅为主。其中，体全息光栅在波长选择方面 表现出的高灵敏度，大大优于其它的光栅。
[0004] 体全息光栅实现彩色全息的常用方法是多层光栅的叠加。该技术的入耦合光学系 统设计如图1所示，入射光101垂直入射进入体全息光栅103、104、105，各层光栅只有一个 峰值反射波长，红、绿、蓝光被选择，反射进入波导层102。一方面，由于三种颜色光波进入 光栅层的深度不同，其衍射波进入波导的位置不同，因此不能同时到达出耦合光栅；另一方 面，虽然希望每一层光栅只对某一带宽内的波长具有选择性，其它波长的光波可以完全透 过，但实际上其他波长的光波透过时会引入一定程度的耗损，导致三原色能量相差较大。运 用有限元分析方法分析多层光栅的光谱特性，具体数值见表1。
[0005] 表1多层親合体全息光栅衍射效率
[0006]
【主权项】
1. 一种复用体全息光栅，其特征在于，所述复合体全息光栅的折射率（n)为平均折射 率和多个折射率调制度的叠加，在二维空间xy坐标系中，可表述为：
其中，x轴为平行于光栅表面的坐标轴，y为垂直于光栅表面的坐标轴，％为材料平均 折射率； An表示折射率调制度，其中，AnK、A%、AnB分别表示红、绿、蓝光对应的折射率调制 度； K表不光栅矢量，其中，{^、{((^&的分别表不红~绿~蓝光对应的光栅矢量； K可通过K= 2 31/A求得，A为光栅周期，P为倾斜角； 布拉格条件下，A满足：A=2]^ A sin 9，其中，0为布拉格角，A为入射波长。
2. 如权利要求1所述的复用体全息光栅，其特征在于，在同一层介质上记录三张全息 图，即用红、绿、蓝色激光分别曝光三次，经三次曝光形成的体全息光栅倾斜角相同，周期不 同，控制曝光时间，使得红、绿、蓝光对应的折射率调制度为AnK>An<；>AnB。
3. 如权利要求1所述的复用体全息光栅，其特征在于，红、绿、蓝光的峰值衍射效率均 勾，即出射能量比为1: (0.96~1) :1。
4. 如权利要求1所述的复用体全息光栅，其特征在于，所述复合体全息光栅厚度为 10~30ym，光栅材料的平均折射率为1. 5~1. 55,折射率调制度An为0. 035~0. 1。
5. 如权利要求2所述的复用体全息光栅，其特征在于，曝光过程包括如下步骤： 步骤一，使两束蓝色激光相互干涉，在体全息材料内部形成周期为AB的倾斜条纹，记 录第一张全息图； 步骤二，将蓝色激光换成绿色，始终保持曝光时两束激光夹角的中心线与光栅平面夹 角相等，以保证光栅矢量方向相同，在同一体全息材料上依次记录第二张全息图，此时绿光 对应的光栅周期为Ae; 步骤三，将绿光换成红光，重复步骤二，记录第三张全息图，此时红光对应的光栅周期 为Ak〇
6. 如权利要求1所述的复用体全息光栅，其特征在于，所述复用体全息光栅为反射式 体全息光栅，可密接于平板光波导上方，与平面光波导构成彩色全息波导显示器的入耦合 器。
【专利摘要】本发明公开了一种复用体全息光栅，所述复用体全息光栅在同一层介质上通过三次曝光分别记录红、绿、蓝三张全息图，不同波长曝光形成的体全息光栅倾斜角相同，周期不同，控制曝光时长，使得曝光后红、绿、蓝光对应的折射率调制度为Δn红光＞Δn绿光＞Δn蓝光，其对应的峰值衍射效率相近。本发明能有效均衡红绿蓝光波的出射能量，避免颜色偏移。
【IPC分类】G03H1-04, G02B5-18
【公开号】CN104777535
【申请号】CN201510133629
【发明人】郭静菁, 杨兰兰, 屠彦, 王莉莉, 王保平
【申请人】东南大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月25日