光波导器件及头戴显示设备的制作方法

本申请属于光学器件，具体地，本申请涉及一种光波导器件及头戴显示设备。

背景技术：

1、随着ar技术的不断发展，ar技术的应用范围逐渐扩大。衍射光波导广泛应用于ar显示设备中。在现有的相关技术中，通过在波导基底上设置转折区域，并在转折区域设置扩瞳光栅，用以对波导基底内传播的光线进行扩瞳后经耦出区耦出，但是光线在扩瞳过程中，需经过一段传输路径后才能铺满耦出区域，而部分能量会在这个传输过程中损失。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的是提供一种光波导器件及头戴显示设备的新技术方案。

2、根据本申请实施例的第一方面，提供了一种光波导器件，包括包括波导基底，以及设置于所述波导基底上的耦入光栅和耦出光栅；

3、所述耦入光栅至少包括一个一维光栅，所述耦入光栅在光栅矢量方向上的周期为t0；所述耦入光栅用于将入射光线耦入波导基底内；

4、所述耦出光栅至少包括一个二维光栅，所述耦出光栅具有在第一方向上的第一周期t1，及在与所述第一方向垂直的第二方向上的第二周期t2；其中，所述第一方向与所述耦入光栅的光栅矢量方向相同，通过调整所述第一周期t1至与所述耦入光栅的周期t0相同，用以使垂直入射至耦入光栅的入射光线在所述耦出光栅的二维扩瞳角度为90°。

5、可选地，所述耦出光栅包括多个光栅单元形成的光栅阵列，其中，所述光栅单元包括至少两对平行且法向量不同的直边。

6、可选地，所述光栅单元为菱形。

7、可选地，所述耦入光栅的周期t0为200nm-600nm，所述耦出光栅的第一周期t1为200nm-600nm，所述耦出光栅的第二周期t2为150nm-700nm。

8、可选地，所述耦入光栅的光栅矢量为k0，所述耦出光栅的光栅矢量分别为k1、k2，所述k0、k1以及k2构成闭合的矢量三角形。

9、可选地，所述耦入光栅包括两个对称设置的一维光栅，且所述两个一维光栅在所述波导基底上为间隔设置、相邻设置或者至少部分重叠设置。

10、可选地，所述耦入光栅与所述耦出光栅共同位于所述波导基底的同一表面，以形成反射式衍射光波导；或者，

11、所述耦入光栅与所述耦出光栅分别位于所述波导基底相对的两个表面上，以形成透射式衍射光波导。

12、可选地，所述耦入光栅和所述耦出光栅中的至少一者为全息光栅或光子晶体光栅。

13、可选地，所述耦出光栅设置为一个或者多个。

14、根据本申请实施例的第二方面，还提供了一种头戴显示设备，包括第一方面所述的光波导器件。

15、本申请实施例的有益效果：

16、本申请实施例中，通过设置包括至少一个二维光栅的耦出光栅，并调整耦出光栅在第一方向上的第一周期t1与耦入光栅的周期t0相同，用以使垂直入射至耦入光栅的入射光线在耦出光栅的二维扩瞳角度为90°，从而在光线传输至耦出光栅时，可以直接在波导基底的表面沿垂直于入射光线的方向进行衍射，避免了额外纵向传输距离的扩瞳区域，从而降低了额外的能量泄露，避免了额外设置沿第一方向的扩瞳区域，将光线的绝大部分能量集中在必要的耦出区域，提升了波导整体系统的效率。

17、通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

技术特征：

1.一种光波导器件，其特征在于，包括波导基底(100)，以及设置于所述波导基底(100)上的耦入光栅(111)和耦出光栅(121)；

2.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述耦出光栅(121)包括多个光栅单元(1201)形成的光栅阵列，其中，所述光栅单元(1201)包括至少两对平行且法向量不同的直边。

3.根据权利要求2所述的光波导器件，其特征在于，所述光栅单元(1201)为菱形。

4.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述耦入光栅(111)的周期t0为200nm-600nm，所述耦出光栅(121)的第一周期t1为200nm-600nm，所述耦出光栅(121)的第二周期t2为150nm-700nm。

5.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述耦入光栅(111)的光栅矢量为k0，所述耦出光栅(121)的光栅矢量分别为k1、k2，所述k0、k1以及k2构成闭合的矢量三角形。

6.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述耦入光栅(111)包括至少两个一维光栅，且所述至少两个一维光栅在所述波导基底(100)上为间隔设置、相邻设置或者至少部分重叠设置。

7.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述耦入光栅(111)与所述耦出光栅(121)共同位于所述波导基底(100)的同一表面，以形成反射式衍射光波导；或者，

8.根据权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述耦入光栅(111)和所述耦出光栅(121)中的至少一者为全息光栅或光子晶体光栅。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的光波导器件，其特征在于，所述耦出光栅(121)设置为一个或者多个。

10.一种头戴显示设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的光波导器件。

技术总结
本申请实施例公开了一种光波导器件及头戴显示设备，光波导器件包括波导基底，以及设置于所述波导基底上的耦入光栅和耦出光栅；所述耦入光栅至少包括一个一维光栅，所述耦入光栅在光栅矢量方向上的周期为T0；所述耦出光栅至少包括一个二维光栅，所述耦出光栅具有在第一方向上的第一周期T1，及在与所述第一方向垂直的第二方向上的第二周期T2；其中，所述第一方向与所述耦入光栅的光栅矢量方向相同，通过调整所述第一周期T1至与所述耦入光栅的周期T0相同，用以使垂直入射至耦入光栅的入射光线在所述耦出光栅的二维扩瞳角度为90°。本申请实施例的一个技术效果在于减少光线泄露，提高光波导器件的光线传输效果。

技术研发人员：饶轶,程鑫,魏如东
受保护的技术使用者：歌尔光学科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27