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衍射波导准直系统设计案例

简介

在现代光学显示技术中，衍射光波导系统因其独特的光学性能和紧凑的结构设计，在增强现实（AR）、虚拟现实（VR）等领域展现出巨大的应用潜力。本案例聚焦于衍射波导准直系统，旨在通过 OAS 光学软件深入探究其光学性能，为系统的优化设计提供有力依据。

OAS 软件在案例中的应用

光波导设计

利用OAS的布局设置，更改光波导的需求参数，OAS可以直接生成相应初始光波导结构，包含光源、耦入光栅、耦出光栅、转向光栅、眼盒等。设置好入射光的波长，光线尺寸等光线信息，光源到光波导的距离、视场、入射光介质、眼盒的尺寸、光波导材料，耦入耦出光栅的方向周期等等一系列参数，能够通过内部算法计算得出。后续还有K空间可视化、光栅足迹分析、结果查看、PSF/MTF分析等。

光线追迹分析

利用 OAS 光学软件对该衍射光波导系统进行光线追迹模拟。如图所示，在完成光线追迹后，清晰展示了光线在整个系统中的传播轨迹，包括从光源发出，经过一系列光学组件，最终进入衍射光波导部分的全过程。这一过程帮助研究人员准确把握光线走向，为后续分析奠定基础。

像面辐照度分布分析

OAS 软件进一步对像面的辐照度分布进行分析，结果以对数（lg）形式呈现于图中。辐照度分布反映了像面上不同位置接收到的光能量密度。通过对像面辐照度分布的分析，能够清晰了解系统成像的均匀性以及能量分布情况。

案例结果分析

杂散光现象

在辐照度图上，可观察到存在少量杂散光。杂散光的出现会降低系统成像的对比度和清晰度，对系统的性能产生不利影响。因此，准确识别杂散光来源并加以解决是优化光学系统的重要环节。

杂散光来源剖析

经深入分析，这些杂散光主要来源于透镜准直系统。在实际工作过程中，由于准直系统的膜层特性以及所使用材料的光学性质存在一定局限性，导致光在其中传播时，有少数光线会偏离正常传播路径。这些偏离的光线以较大的角度打到波导上，进而形成了我们在辐照度图上所观察到的杂散光。例如，膜层的不完善可能导致光线在膜层界面发生非理想的反射和折射，而材料内部的杂质或不均匀性也可能引起光线的散射，最终造成杂散光的产生。

（光线追迹后的系统图）

（像面的辐照度分布图）

总结

本案例通过 OAS 光学软件，对衍射光波导系统进行了全面且深入的光学性能分析。不仅借助光线追迹直观呈现了系统的光路结构，还通过像面辐照度分布精准定位了杂散光问题及其来源。基于这些分析结果，为后续对透镜准直系统的膜层优化、材料选择改进等系统优化措施提供了明确方向。未来，随着 OAS 软件功能的不断完善以及光学技术的持续发展，有望通过更深入的模拟分析，进一步提升衍射光波导系统的性能，推动其在更多领域的广泛应用。