基于超结构浮雕光栅的AR眼镜波导的制作方法

本实用新型涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种基于超结构浮雕光栅的ar眼镜波导。

背景技术：

随着虚拟现实和增强现实的技术逐渐被人们认识和接受，波导耦合光栅得到了快速的发展，该领域的专家也提出了各种各样的光栅结构，比如微软的hololens提出了倾斜光栅的设计来将光耦合到波导中进行全反射传输。利用传统光学元件将虚拟图像耦合进入人眼的方式已经被采用，包括棱镜、半透半反镜片、自由曲面波导、镜面阵列波导、衍射波导等。衍射波导显示技术是利用衍射光栅实现光线的入射、转折和出射，利用全反射原理实现光线传输，将微显示器的图像传导至人眼，而外界的真实景象可以通过普通的玻璃镜片透射进入人眼，进而看到虚拟图像。

由于采用的光波导全反射原理，因此对于设计出的ar眼镜可以像普通眼镜一样轻薄透明，方便携带，也可以做大规模的生产。

对于目前提出的耦合光栅大部分是带有一定倾斜角的光栅，这种光栅的好处就是能使在一定偏角范围的光被耦合到波导中，也可以通过多层不同的倾角的光栅叠加在一起来实现增大视场角。但是，这种倾斜光栅的制作工艺难度较大，对刻蚀的要求很高，不大容易实现，成本也相对的比较高。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型提出了基于超结构浮雕光栅的ar眼镜波导。

本实用新型由基于超结构浮雕光栅通过金属模板压膜而成，所述的超结构浮雕光栅包括基板和涂覆在基板上的聚合物，所述的聚合物上形成有多个由垂直激光刻蚀而成的周期性单元，每个周期性单元中包括多个小周期结构，每个小周期结构中未刻蚀区域宽度为a，刻蚀区域宽度为b，刻蚀区域的深度为hi；其中hi先线性增加，后保持一个常数。

进一步说，未刻蚀区域宽度a的数值范围10-50nm，刻蚀区域宽度b的数值范围10-50nm，刻蚀区域的深度hi数值范围10-1000nm。

进一步说，在半个周期性单元内，小周期结构刻蚀区域的深度线性增加；在另外半个周期性单元内，小周期结构刻蚀区域的深度维持不变。

本实用新型在传统浮雕光栅大约200-800nm的周期结构中，引入周期20-100nm的精细结构，该小周期结构对应的刻蚀深度符合一定的调制要求；采用在半个周期性单元内小周期结构刻蚀深度线性增加，在另外半个周期性单元内，小周期结构刻蚀深度维持不变。所有刻蚀采用垂直刻蚀，没有斜角度刻蚀，避免了斜角度刻蚀的工艺难度，便于大批量生产，也减少成本等优点。

附图说明

图1为本实用新型中所涉及的超结构浮雕光栅结构图。

图2为实施例中对不同角度光的耦合效率图。

具体实施方式

基于超结构浮雕光栅的ar眼镜波导，该ar眼镜波导由基于超结构浮雕光栅通过金属模板压膜而成，即ar眼镜波导聚合物的结构与超结构浮雕光栅聚合物的结构成镜像，所述的超结构浮雕光栅包括基板和涂覆在基板上的聚合物，所述的聚合物上形成有多个由垂直激光刻蚀而成的周期性单元，每个周期性单元中包括多个小周期结构，每个小周期结构中未刻蚀区域宽度为a，刻蚀区域宽度为b，刻蚀区域的深度为hi；其中hi先线性增加，后保持一个常数，见图1。

基于超结构浮雕光栅的ar眼镜波导的具体制作过程：

（1）选择一块长度4cm的玻璃基板2，其平面形状和普通眼镜镜片一致，厚度为1mm，在所述的玻璃基板2上涂上一层聚合物层1，其厚度为5000nm。

（2）通过采用激光刻蚀，对上述所涂敷的聚合物层1进行垂直激光刻蚀。在一个小周期结构内，未刻蚀区域宽度为a=30nm，刻蚀区域宽度为b=35nm，刻蚀区域的深度为hi（数值范围10-500nm）。随着小周期结构数目增加，hi先线性增加，后保持一个常数500nm，依据小周期刻蚀深度hi的调整可以实现等效倾斜刻蚀及等效折射率调整。在以上的结构中，a和b的比例控制了刻蚀区域的有效折射率，hi的分布控制了一个大周期内倾斜刻蚀的等效形状。

（3）重复上述工作，进而刻蚀大周期单元2，3....直到刻蚀到n个大周期，实现超结构光栅的刻蚀。

（4）通过成熟的微结构转移技术，将超结构浮雕光栅的结构转移到金属模板上。利用该金属模板，在机械压力作用下，在涂有聚合物的ar眼镜波导上进行压模，从而实现基于超结构浮雕光栅的ar眼镜波导。

由图2可知，本实用新型很好的实现了不同角度光的耦合。

以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。