摘要

目前，大多數創新的增強和混合現實設備都是基于光波導或波導配置，并結合微觀結構來耦合光的進入和輸出。VirtualLab Fusion技術能夠通過應用我們獨特的物理光學方法對這些器件進行詳細的建模，其中包括所有感興趣的影響因素（如相幹性、偏振和衍射）。我們通過建立一個簡單的“HoloLens 1”型（1D-1D出瞳放大器）布局模型來演示這種能力，該設備能夠在32°×18°的視場下引導光傳輸。

建模任務

光波導的工作原理

光波導使用内部全反射(TIR)來“捕獲”光波導闆内的光。為此，采用光栅耦合入射和出射光，并确保滿足内部全反射條件。

出瞳放大光栅的功能是在某一個方向上(這裡是x方向)複制耦合的光瞳，以擴散出瞳，或者換句話說生成人眼觀察區域。

在這種類型的設置中，輸出耦合光栅不僅負責将光輸出耦合到觀察者，而且還負責光瞳在第二個方向(這裡是y方向)的擴散。

這種分離式的光瞳擴散是“HoloLens 1”型布局的特征。

布局設計工具

為了設置這種光波導的橫向布局，可以使用VirtualLab的Layout Design工具（僅在光波導工具箱中可用）。

此使用案例的參數對應于默認配置。

該工具根據給定的規格的入射光和人眼觀察區域提供了一個光波導的光學參數設置。特别注意的是，光栅區域的橫向位置和延伸以及光栅周期都是自動設置的。

定義參數後，單擊“創建結果”按鈕，然後會創建出光學參數設置和相應的k布局圖。

查看k布局

k布局圖可以與光波導系統一起作為布局設計工具的副産品創建，也可以通過菜單中的條目獨立生成。

可以配置以下參數：

波長；

環境和平闆的材料；

視場角範圍；

光栅周期和方向。

結果圖包含以下信息(在k域中)：

描述材料内部傳播條件的圓(可用方向和k值)。

在某些光栅區域後入射光和衍射光的視場延伸、形狀和位置。

由光栅引入的視場位移的說明。

任何參數的調整都會相應地改變圖像。

光波導表面布局

幾何布局顯示了第一平面表面上的3個光栅：

光栅#1：耦入光栅

光栅#2：擴散光栅

光栅#3：耦出光栅

光栅#1：輸入光栅

耦入光栅被定義在一個矩形區域内。定義光栅區域的一般工作流程是：

1. 确定區域的形狀和直徑；

2. 選擇區域通道；

3. 定義光栅的周期和方向；

4.指定傳播級次（從正面和背面）；

5.指定透射效率和反射效率。

光栅#2：簡單多邊形區域中的擴散光栅

擴散光栅被定義在一個多邊形形狀的區域中。所需區域通道為‒// ，因此隻指定照射到光栅背面的光的反射級次。

光栅#3：輸出光栅輸出耦合光栅被定義在一個矩形區域内。區域通道‒/ 和‒/‒需要激活負責擴散和輸出耦合的級次。

結果：三維系統中的光線追迹

有視場中心角度的系統視圖光線：

32°×18°掃描光源（9種模式，不同顔色）輸入的系統視圖光線：

結果：場追迹（真實顔色視圖）

結果：場跟蹤（僞顔色視圖）

橫向均勻性評價

為了評估人眼觀察區域内的橫向均勻性，提供了均勻性檢測器，它可以在元件列表中找到（在探測器（Detectors）>評價函數（Merit Functions）>均勻性檢測器下（Uniformity Detector）。該探測器能夠研究在特定位置的特定區域（如人眼觀察區域）的橫向能量密度分布。

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