《波導型準直投影系統中的超級衍射光柵技術研究》是依託天津大學，由黃戰華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：波導型準直投影系統中的超級衍射光柵技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃戰華
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
波導型準直投影平視器是軍用戰機中最新一代頭盔/抬頭顯示器(HMD/HUD),套用於國際最先進的戰機中。該系統利用波導摺疊空間光路，內嵌超級衍射光柵改變全反射條件，使光束進入觀察範圍，因此可獲得小體積、輕質量、大出瞳等優異的光學性能。系統中超級衍射光柵是核心器件，但是尚未有資料披露其理論、性能、結構、參數等細節，以及實際製作工藝與理論最佳化的對應關係。本項目分析波導型準直投影系統中超級衍射光柵的性能需求，明確其性能參數；設計超級衍射光柵，研究其光學性能，明確結構參數和光學性能之間的關係，並建立光柵最佳化模型；設計模擬計算軟體，基於嚴格耦合波理論，採用矢量邊界理論討論光柵的衍射特性，完成波導型準直投影系統中，任意光學條件下，計算超級衍射光柵特性的工程軟體；綜合考慮最佳化結果和實際加工工藝，製作超級衍射光柵樣品，並套用于波導型準直投影系統中，實驗測量並論證分析系統的光學特性。
結題摘要
隨著人們在軍事、工業、醫療、建築、教育、旅遊、導航、文體娛樂、通訊傳媒等領域中對信息的需求日益增大，增強現實技術(Augmented Reality, AR)近年來迅速發展。波導型準直投影系統作為實現增強顯示的一種方案，具有小體積、輕質量、大出瞳的優異性能，超級衍射光柵是其核心元器件。項目按照任務書，開展了以下幾個方面的研究工作： 1.基於嚴格耦合波理論的建模分析，編寫了MATLAB程式，數值分析了超級衍射光柵衍射效率與光柵材料、周期、形貌，入射光的波長、角度、偏振態等因素的關係，為超級光柵的設計奠定基礎。 2.提出了基於差分進化算法的光柵逆向設計最佳化的方法，該方法具有可用於多維實參最佳化、無需計算梯度、目標函式可以不連續，抗噪性好，隨時間變化等優點，提高光柵最佳化過程的科學性及設計結果的合理性。 3.設計了能夠改善角度均勻性這一光學本身屬性的新型耦入光柵，該光柵衍射效率分布曲線隨角度變化呈中間視場效率較邊緣視場效率低的趨勢，用以補償由於餘弦四次方定律而引起的角度均勻性問題。 4.設計了能夠實現均勻照度的雙目波導顯示系統，該系統集成了偏振敏感的輸入耦合光柵，對稱結構的耦合輸出光柵以及自由曲面的準直透鏡。 5.設計了使用一片波導板實現彩色顯示的波導系統。該系統採用傾斜波導結構，能夠將彩色光高效率地耦合進波導板內，實現彩色顯示。 6.完成出瞳擴展原理性實驗驗證，並搭建了波導成像顯示系統。實驗驗證了亞波長衍射光柵具有的光束擴展即出瞳擴展現象，測量鍍膜前後2400L/mm光柵各角度衍射效率，驗證鍍膜前後波導成像顯示出瞳擴展效果。 7.將亞波長光柵套用於紅外偏振領域，提出並設計了一種基底過度刻蝕的雙層亞波長光柵結構。
