摘要
目前，大多數(shù)創(chuàng)新的增強(qiáng)和混合現(xiàn)實設(shè)備都是基于光波導(dǎo)或波導(dǎo)配置，并結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)來耦合光的進(jìn)入和輸出。VirtualLab Fusion技術(shù)能夠通過應(yīng)用我們獨特的物理光學(xué)方法對這些器件進(jìn)行詳細(xì)的建模，其中包括所有感興趣的影響因素（如相干性、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(shè)備能夠在32°×18°的視場下引導(dǎo)光傳輸。
建模任務(wù)
光波導(dǎo)的工作原理
光波導(dǎo)使用內(nèi)部全反射(TIR)來“捕獲”光波導(dǎo)板內(nèi)的光。為此，采用光柵耦合入射和出射光，并確保滿足內(nèi)部全反射條件。
出瞳放大光柵的功能是在某一個方向上(這里是x方向)復(fù)制耦合的光瞳，以擴(kuò)散出瞳，或者換句話說生成人眼觀察區(qū)域。
在這種類型的設(shè)置中，輸出耦合光柵不僅負(fù)責(zé)將光輸出耦合到觀察者，而且還負(fù)責(zé)光瞳在第二個方向(這里是y方向)的擴(kuò)散。
這種分離式的光瞳擴(kuò)散是“HoloLens 1”型布局的特征。
布局設(shè)計工具
為了設(shè)置這種光波導(dǎo)的橫向布局，可以使用VirtualLab的Layout Design工具（僅在光波導(dǎo)工具箱中可用）。
此使用案例的參數(shù)對應(yīng)于默認(rèn)配置。
該工具根據(jù)給定的規(guī)格的入射光和人眼觀察區(qū)域提供了一個光波導(dǎo)的光學(xué)參數(shù)設(shè)置。特別注意的是，光柵區(qū)域的橫向位置和延伸以及光柵周期都是自動設(shè)置的。
定義參數(shù)后，單擊“創(chuàng)建結(jié)果”按鈕，然后會創(chuàng)建出光學(xué)參數(shù)設(shè)置和相應(yīng)的k布局圖。
查看k布局
k布局圖可以與光波導(dǎo)系統(tǒng)一起作為布局設(shè)計工具的副產(chǎn)品創(chuàng)建，也可以通過菜單中的條目獨立生成。
可以配置以下參數(shù)：
波長；
環(huán)境和平板的材料；
視場角范圍；
光柵周期和方向。
結(jié)果圖包含以下信息(在k域中)：
描述材料內(nèi)部傳播條件的圓(可用方向和k值)。
在某些光柵區(qū)域后入射光和衍射光的視場延伸、形狀和位置。
由光柵引入的視場位移的說明。
任何參數(shù)的調(diào)整都會相應(yīng)地改變圖像。
光波導(dǎo)表面布局
幾何布局顯示了第一平面表面上的3個光柵：
光柵#1：耦入光柵
光柵#2：擴(kuò)散光柵
光柵#3：耦出光柵
光柵#1：輸入光柵
耦入光柵被定義在一個矩形區(qū)域內(nèi)。定義光柵區(qū)域的一般工作流程是：
1. 確定區(qū)域的形狀和直徑；
2. 選擇區(qū)域通道；
3. 定義光柵的周期和方向；
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。
光柵#2：簡單多邊形區(qū)域中的擴(kuò)散光柵
擴(kuò)散光柵被定義在一個多邊形形狀的區(qū)域中。所需區(qū)域通道為‒//+，因此只指定照射到光柵背面的光的反射級次。
光柵#3：輸出光柵
輸出耦合光柵被定義在一個矩形區(qū)域內(nèi)。
區(qū)域通道‒/+和‒/‒需要激活負(fù)責(zé)擴(kuò)散和輸出耦合的級次。
結(jié)果：三維系統(tǒng)中的光線追跡
有視場中心角度的系統(tǒng)視圖光線：
32°×18°掃描光源（9種模式，不同顏色）輸入的系統(tǒng)視圖光線：
結(jié)果：場追跡（真實顏色視圖）
結(jié)果：場跟蹤（偽顏色視圖）
橫向均勻性評價
為了評估人眼觀察區(qū)域內(nèi)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(shù)（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(qū)域（如人眼觀察區(qū)域）的橫向能量密度分布。
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