摘要
在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用 (AR & MR) 領(lǐng)域的波導(dǎo)光學(xué)器件設(shè)計(jì)過程中，橫向均勻性（每個(gè)視場模式）和整體效率是兩個(gè)最重要的評(píng)價(jià)函數(shù)。 為了在光波導(dǎo)系統(tǒng)中獲得適當(dāng)?shù)木鶆蛐院托手担斜匾试S光柵參數(shù)的變化，特別是在光瞳擴(kuò)展區(qū)域和/或耦出區(qū)域中。 為此，VirtualLab Fusion 能夠在光柵區(qū)域中引入平滑變化的光柵參數(shù)，并提供必要的工具來根據(jù)定義的評(píng)價(jià)函數(shù)運(yùn)行優(yōu)化。 此用例展示了如何使用連續(xù)變化的填充因子值優(yōu)化波導(dǎo)來獲得足夠的均勻性。
任務(wù)描述
光波導(dǎo)組件
使用波導(dǎo)組件，可以輕松定義具有復(fù)雜形狀區(qū)域的波導(dǎo)系統(tǒng)。 此外，這些區(qū)域可以配備理想化或真實(shí)的光柵結(jié)構(gòu)，以充當(dāng)耦入元件、耦出元件或出瞳擴(kuò)展元件。 更多信息請(qǐng)見：
光柵區(qū)域
對(duì)于耦入元件、耦出元件和眼瞳擴(kuò)展元件 (EPE)，使用了真實(shí)光柵。 他們的瑞利矩陣和相應(yīng)的效率是用 FMM (RCWA) 嚴(yán)格計(jì)算的。 您可以在以下位置找到有關(guān)如何設(shè)置的更多信息：
均勻性探測器
均勻性探測器評(píng)估局部區(qū)域內(nèi)（稱為光瞳）的能量強(qiáng)度。每個(gè)光瞳由其大小定義(𝑑𝑥 × 𝑑𝑦) ，其可以設(shè)置為橢圓形或矩形。
您可以下方鏈接找到有關(guān)如何設(shè)置的信息：
總結(jié)-組件
帶有附加指南的一般工作流程
1. 基本光學(xué)波導(dǎo)設(shè)置的配置（不屬于此用例的一部分）
2. 光束步跡和光柵分析工具的應(yīng)用，包括生成滿足參數(shù)調(diào)制所有要求的光學(xué)設(shè)置
3. 光柵參數(shù)所需調(diào)制的定義
4. 選擇變量并定義評(píng)價(jià)函數(shù)以優(yōu)化調(diào)制光柵參數(shù)。
以一個(gè)現(xiàn)有的、可運(yùn)行的波導(dǎo)系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，即已經(jīng)包括基本幾何形狀（所需距離和定位光柵區(qū)域）和光柵規(guī)格（方向、周期、順序）。這個(gè)例子取自：
配置光柵區(qū)域的真實(shí)光柵結(jié)構(gòu)，這是應(yīng)用光柵參數(shù)連續(xù)或平滑變化之前的必要步驟：
光束步跡和光柵分析工具用于指定光柵參數(shù)變化的所需范圍，并針對(duì)特定條件（波長和方向）預(yù)先計(jì)算相應(yīng)的瑞利系數(shù)。下一步，生成光學(xué)設(shè)置，其中可以定義平滑參數(shù)變化：
注意：光柵調(diào)制是針對(duì)各個(gè)光柵區(qū)域定義的。
步跡和光柵分析
在步跡和光柵分析工具的幫助下，光柵特性（復(fù)值）被預(yù)先計(jì)算并存儲(chǔ)在查找表中，用于選定參數(shù)的指定范圍（例如填充因子）。 根據(jù)可用的效率調(diào)制范圍選擇填充因子的初始范圍。 更多信息可參見：
初始系統(tǒng)的生成
• 具有所謂光柵參數(shù)調(diào)制功能的光波導(dǎo)設(shè)置由步跡和光柵分析工具生成（包括光柵特性）。
• Uniformity Detector 用于定義優(yōu)化的評(píng)價(jià)函數(shù)。
定義光柵區(qū)域的調(diào)制函數(shù)
• 打開光波導(dǎo)組件中區(qū)域的編輯對(duì)話框； 光柵特性和查找表存儲(chǔ)在光柵區(qū)域中。
• 編輯光柵參數(shù)調(diào)制功能，使其定義為可編程功能，光柵參數(shù)的預(yù)期線性調(diào)制由開始和結(jié)束位置的值定義（EPE 從左到右邊界，外耦合器從上到下）。
初始系統(tǒng)的生成
在分別為 EPE 和耦出光柵定義調(diào)制后，可以通過 Optical Setup > New Parameter Optimization 啟動(dòng)參數(shù)優(yōu)化文檔。
優(yōu)化設(shè)置-選擇參數(shù)
• 分別為EPE 和耦出光柵選擇調(diào)制開始和結(jié)束位置的填充因子值。
• 根據(jù)調(diào)制功能編輯器中的設(shè)置自動(dòng)填充初始值。
優(yōu)化設(shè)置 - 指定約束
• 定義變量的可用范圍（此處：EPE 和外耦合器的填充系數(shù)）。
• 為了實(shí)現(xiàn)低均勻性誤差和可接受的強(qiáng)度分布，將均勻性誤差的目標(biāo)值設(shè)置為 0%，并指定算術(shù)平均值的目標(biāo)值。
• 通過定義評(píng)價(jià)函數(shù)的權(quán)重值，可以調(diào)整優(yōu)化的貢獻(xiàn)（相關(guān)性或優(yōu)先級(jí)）。
優(yōu)化結(jié)果
優(yōu)化結(jié)果
優(yōu)化均勻性與能量密度
通過對(duì)初始和優(yōu)化系統(tǒng)的眼動(dòng)范圍進(jìn)行線掃描，揭示了均勻性和局部能量密度的差異。
VirtualLab Fusion技術(shù)
更多閱覽
- Grating Analysis and Smoothly Modulated Grating Parameters on Lightguides
- Uniformity Detector for Lightguide Systems
- Light Guide Layout Design Tool
- Flexible Region Configuration
- How to Set Up a Lightguide with Real Grating Structures
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