这项技术的扩瞳技术，设计较为复杂。设计时要充分考虑杂散光，人眼兼容性，各项性能指标。除此之外，均匀性也是最终用户体验的直观指标，如何控制多个膜层的反射和透过率，如何整机优化，如何控制镀膜工艺，才能保证整个眼动范围内的均匀性，也是研究的重点。为此珑璟光电自研偏振阵列波导设计软件工具箱，使波导片的设计更加智能化（一键设计）。工艺上自主研发光学加工工艺，使性能和成本均占有优势。图 6（a）所示为珑璟光电偏振阵列波导3D仿真光路图。图 6（b）所示为我司的一款偏振阵列波导产品图。

（a）

（b）

（c）

图6：

（a）珑璟光电偏振阵列波导3D光路图；

（b）珑璟光电偏振阵列波导产品；

（c）珑璟光电偏振阵列波导产品实际效果图。

［1］． Wenjun Zhang， Zhifeng Wang， and Jian Xu， ＂Research on a surface－relief optical waveguide augmented reality display device，＂ Appl． Opt． 57， 3720－3729 （2018）

［2］． Miaomiao Xu， Hong Hua， ＂Ultrathin optical combiner with microstructure mirrors in augmented reality，＂ Proc． SPIE 10676， Digital Optics for Immersive Displays， 1067614 （21 May 2018）

3、浮雕光栅波导方案

浮雕光栅波导方案即为使用浮雕光栅（SRG）代替传统的折反射光学器件（ROE）作为波导方案中耦入、耦出和出瞳扩展器件。常用的浮雕光栅主要有一维光栅，其包括倾斜光栅、梯形光栅、闪耀光栅和矩形光栅结构等，图 7（a）所示为倾斜光栅得扫描电镜（SEM）图。二维光栅，如波导中常用的六边形分布的圆柱光栅结构，图 7（b）所示为二维圆柱光栅结构的SEM图。以上光栅结构的特征尺寸均为纳米级。所以目前浮雕光栅波导的路线主要有：基于一维光栅的浮雕光栅波导方案，原理图如图 8（a）所示，分为耦入、转折和耦出区域，三个区域均采用一维光栅，并在转折区域和耦出区域分别进行一个方向的扩展，代表产品为HoloLens。基于二维光栅的浮雕光栅波导方案，原理图如图 8（b）所示，分为耦入和耦出区域，耦入区域经典结构为一维光栅，耦出区域结构为二维光栅，使用二维光栅结构的多个级次，同时保证光束的耦出和多个方向的扩展，代表公司为WaveOptics。图 8（c）是二维光栅波导得K域图，内圈代表波导片中得全反射条件，外圈代表波导片材料所可以达到得最大K值，耦入光栅将光束的K值平移到环形区域，即使得光束满足在波导片内全反射传播得条件，耦出光栅将部分光束的K值从环形区域平移到内圈区域，即使得光束耦出到人眼。

图 9（a）所示为珑璟光电设计的第一代浮雕光栅波导，采用的二维光栅波导方案，珑璟光电具有自主知识产权的浮雕光栅波导也正在开发完善中。如图 9（b）和图 9（c）所示分别为我司做的基于两种浮雕光栅波导原理的场追迹仿真结果。

图10（a）为微软最新的Hololens2的效果图［4］，图10（b）为WaveOpics衍射波导得效果图［5］，图10（c）为Dispelix衍射波导得效果图［6］。这三家公司是目前国外浮雕衍射波导方面的代表性公司。

浮雕光栅波导使用光刻工艺加工晶圆作为母版，并使用纳米压印工艺进行大规模的复制量产详见后文所述。

（a）

（b）

图7：

（a）倾斜光栅结构图；

（b）二维圆柱光栅结构图。

（a）

（b）

（c）

图8：

（a）一维光栅波导原理图；

（b）二维光栅波导原理图；

（c）二维光栅K域图。