变迹光栅耦合器的制作方法

本公开涉及光学设备，尤其涉及光耦合器和光栅、以及具有光栅耦合器的光导。

背景技术：

1、视觉显示器用于向(一个或多个)观看者提供信息，这些信息包括静止图像、视频、数据等。视觉显示器在各种领域中具有应用，仅举几个示例，这些领域包括娱乐、教育、工程、科学、专业培训、广告。一些视觉显示器(例如，电视机)向若干用户显示图像，而一些视觉显示系统旨在用于单独用户。

2、头戴式显示器(head mounted display，hmd)和近眼显示器(near-eye display，ned)等用于向单独用户显示内容。hmd/ned显示的内容包括虚拟现实(virtual reality，vr)内容、增强现实(augmented reality，ar)内容、混合现实(mixed reality，mr)内容等。所显示的vr/ar/mr内容可以是三维的(three-dimensional，3d)以增强体验，并且对于ar/mr应用，将虚拟对象与由用户观察到的真实对象匹配。

3、头戴式显示器需要紧凑型显示设备。因为hmd或ned的显示器通常佩戴在用户的头部上，所以大型的、体积庞大且笨重的、不平衡的、和/或重型的显示设备对于用户穿戴而言将是麻烦的且可能是不舒服的。紧凑型显示设备需要紧凑型光学部件(例如，光导、光栅、透镜等)，以提供高光通量、高图像清晰度和保真度、无图像重影现象、低光学像差等。

技术实现思路

1、光导用于光学设备中以将光从一个位置传送到另一个位置。在近眼显示器中使用光瞳复制光导以用于提供一扇光束的多个横向偏移副本，该扇光束的多个横向偏移副本携带角域中的图像以供近眼显示器的用户观察。该扇光束的多个横向偏移副本散布在显示器的适眼区(eyebox)上，使得对图像的观察更少依赖于适眼区中的眼睛位置。

2、光瞳复制光导可以包括用于耦入和耦出图像光的衍射光栅耦合器。体布拉格光栅(volume bragg grating，vbg)可以高效率地耦入和耦出图像光。然而，对于给定波长，vbg在相当窄的角度范围内运行。为了增加显示器的整体角度范围和颜色均匀性，可以在光瞳复制光导中提供多对耦入vbg和耦出vbg。不同对的vbg可能具有光学串扰。当图像光在通过耦入vbg被耦入之后被不同vbg对的耦出vbg反射时，可能出现重影图像。

3、根据本公开，基于体光栅的光学串扰和所导致的图像重影现象以及光瞳复制光导的对比度/清晰度降低可以通过在光瞳复制光导的厚度方向上对体光栅的折射率廓线进行变迹来抑制。这种变迹可以例如以化学方式或光化学方式实现。

4、根据本公开，提供了一种光耦合器，该光耦合器包括：衬底；以及位于衬底中的多个体光栅，该多个体光栅中的每个体光栅包括以光栅间距设置的多个条纹的阵列(arrayof fringes)，该多个条纹沿着该衬底的长度维度和厚度维度延伸；其中，该多个条纹的折射率与该衬底的折射率之间的差值取决于沿该衬底的厚度维度的深度坐标，其中，该差值对该深度坐标的依赖性包括钟形函数(bell-shaped function)。该多个条纹与该衬底可以形成锐角。该多个体光栅中的不同体光栅可以在该衬底中重叠。例如，该钟形函数可以包括高斯函数。

5、在一些实施例中，该钟形函数从该衬底的两侧朝向该衬底的中心厚度单调递增。该多个体光栅中的不同体光栅的钟形函数可以具有不同的幅值(amplitude)。多个体光栅中的不同体光栅的光栅间距可以不同。多个体光栅中的不同体光栅可以被配置成：以不同的入射角耦入照射到该衬底上的光，和/或以不同的衍射角耦出在该衬底中传播的光。该多个体光栅可以包括例如至少10个体光栅，该至少10个体光栅具有不同的光栅间距。

6、根据本公开，提供了一种光导，该光导包括：衬底、位于该衬底中的多个耦入体光栅、以及位于该衬底中的多个耦出体光栅。该衬底包括两个相对的表面，该两个相对的表面彼此平行地延伸以用于通过从该两个相对的表面的一系列反射来传播光束；该多个耦入体光栅用于将该光束耦入该衬底中；该多个耦出体光栅对应于该多个耦入体光栅且用于沿着该衬底耦出该光束的多个部分；其中，该多个耦入体光栅或该多个耦出体光栅中的每个体光栅包括以光栅间距设置的多个条纹的阵列，该多个条纹沿着该衬底的长度维度和厚度维度延伸；其中，该多个耦入体光栅或该多个耦出体光栅中的至少一者的该多个条纹的折射率与该衬底的折射率之间的差值取决于沿该衬底的厚度维度的深度坐标，其中，该差值对该深度坐标的依赖性包括钟形函数。

7、该钟形函数可以从该衬底的两侧朝向该衬底的中心厚度单调递增。该钟形函数可以包括高斯函数。该多个耦入体光栅和该多个耦出体光栅中的不同体光栅的钟形函数具有不同的幅值。该多个耦入体光栅中的不同体光栅可以被配置成以不同的入射角耦入照射到衬底上的光束；以及对应的该多个耦出体光栅中的不同体光栅可以被配置成以不同的衍射角耦出该光束的多个部分。此处，“该多个耦入体光栅或该多个耦出体光栅中的至少一者”可以包括耦入体光栅和耦出体光栅这两者。

8、根据本公开，还提供了一种制造光导的方法，该方法包括：在包括两个相对的表面的衬底中形成多个耦入体光栅和多个耦出体光栅，该多个耦入体光栅用于将光束耦入到该衬底中，该多个耦出体光栅对应于该多个耦入体光栅且用于沿着该衬底耦出该光束的多个部分，其中该多个耦入体光栅或该多个耦出体光栅中的每个体光栅包括以光栅间距设置的多个条纹的阵列，该多个条纹沿着该衬底的长度维度和厚度维度延伸；以及对该多个耦入体光栅或该多个耦出体光栅中的至少一者的体光栅进行变迹，使得该多个耦入体光栅或该多个耦出体光栅中的至少一者的该多个条纹的折射率与该衬底的折射率之间的差值取决于沿着该衬底的厚度维度的深度坐标，其中，该差值对该深度坐标的依赖性包括钟形函数，该钟形函数的最大值位于该钟形函数的中心。

9、在该光导包括光聚合物层的实施例中，该形成可以包括将该光聚合物层曝光于光栅形成光以用于形成该多个条纹，以及该变迹可以包括将该光聚合物层的至少一个表面曝光于变迹光以减小该至少一个表面附近的该差值。该形成可以与该变迹同时执行，在该变迹之前执行，和/或在该变迹之后执行。

技术特征：

1.一种光耦合器，所述光耦合器包括：

2.根据权利要求1所述的光耦合器，其中，所述钟形函数从所述衬底的两侧朝向所述衬底的中心厚度单调递增；

3.根据权利要求1或2所述的光耦合器，其中，所述多个条纹与所述衬底形成锐角。

4.根据前述权利要求中任一项所述的光耦合器，其中，所述多个体光栅中的不同体光栅在所述衬底中重叠。

5.根据前述权利要求中任一项所述的光耦合器，其中，所述多个体光栅中的不同体光栅的钟形函数具有不同的幅值。

6.根据前述权利要求中任一项所述的光耦合器，其中，所述多个体光栅中的不同体光栅的光栅间距不同；

7.根据权利要求6所述的光耦合器，其中，所述多个体光栅中的不同体光栅被配置成：

8.一种光导，所述光导包括：

9.根据权利要求8所述的光导，其中，所述钟形函数从所述衬底的两侧朝向所述衬底的中心厚度单调递增；

10.根据权利要求8或9所述的光导，其中，所述多个耦入体光栅和所述多个耦出体光栅中的不同体光栅的钟形函数具有不同的幅值。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的光导，其中，

12.根据权利要求8至11中任一项所述的光导，其中，所述多个耦入体光栅或所述多个耦出体光栅中的至少一者包括耦入体光栅和耦出体光栅这两者。

13.一种制造光导的方法，所述方法包括：

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述光导包括光聚合物层，并且其中，

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述形成与所述变迹同时执行；和/或

技术总结
光耦合器包括位于衬底中的多个体光栅。多个光栅包括沿着该衬底的长度维度和厚度维度延伸的多个条纹的阵列。多个条纹的折射率与衬底的折射率之间的差值取决于沿着衬底的厚度维度的深度坐标。由于相邻空间间距的光栅之间的光学串扰，该差值对深度坐标的依赖性具有抑制重影图像形成的钟形函数。

技术研发人员：迟万里,杨阳,伟诗·蒂芙尼·林,多米尼克·梅瑟
受保护的技术使用者：元平台技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15