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用 Littrow 衍射仪掌控增强现实(AR)波导光栅质量

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在衍射波导的制造过程中,光栅质量意味着测量衍射光栅轮廓的所有关键尺寸。这包括光栅周期(节距)以及光栅区域在波导布局上的相对方向,这些因素对显示单元的功能有着显著影响。

对于大多数增强现实(AR)波导设计而言,光栅周期的公差需控制在几十皮米的范围内,而光栅方向的公差则需控制在几十弧秒的范围内。尽管扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等技术具有重要价值,但在识别和量化AR行业所需的这些基本光栅质量属性方面仍存在局限性。

接下来,让我们深入了解满足上述需求的OptoFidelity 的 Littrow 衍射仪 WG-GAT 系统。

本文关键点

  • 栅质量的评估在增强现实(AR)波导的发展中起着至关重要的作用。

  • Littrow 衍射仪提供了测试衍射波导光栅所需的精度和可靠性,对增强现实(AR)设备开发和生产的未来不可或缺。

  • OptoFidelity 的 Littrow 衍射仪 WG-GAT 已成为满足这一需求的颠覆性解决方案。

AR 显示器是如何工作的?

AR显示器最常见的解决方案是衍射波导。它们的工作原理如下:

投影仪单元的出瞳放置在玻璃板的表面上,将光投射到衍射光栅中,该光栅通常被称为耦合器光栅。光栅以足够大的角度衍射光,使其因全内反射而被困在玻璃波导内。然后使用一个或两个额外的光栅来逐渐提取光,形成出瞳的位移副本,这通常被称为出瞳扩展。

通常会给用户使用 AR 显示器时佩戴一个大的眼盒,眼盒的作用能使得人眼在不同位置时仍然能够看到AR显示的内容。它主要的好处在于能让具有不同瞳孔间距或面部拓扑结构的广泛用户使适用于相同的AR显示

衍射波导光栅的特性

当光束击中衍射光栅时,它会被分裂成多个衍射级,这些衍射级会根据衍射方程以可预测的方式向不同方向传播。衍射现象发生在与衍射光栅线垂直的平面上。

光栅结构间距或线间距,即光栅的节距或周期,决定了衍射级的输出角。每个衍射级的效率取决于多种因素,包括光栅横截面轮廓的形状和高度。

在AR显示器中,光栅必须足够均匀且制造精度足够高,才能将高质量的图像投射到用户的眼睛中。因此,光栅质量的表征至关重要。

表征波导光栅的挑战

表征光栅是一个挑战,因为衍射波导光栅的尺寸可以小于可见光的波长。例如,光学显微镜无法准确解析AR波导光栅的特征。因此,需要采用更高分辨率的表征技术,来准确测量和分析波导光栅的各项参数。

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周期和方位测量

对于增强现实(AR)显示器而言,关键参数是衍射光的方向,仅受光栅周期和方向的影响,而不受光栅轮廓高度偏差等因素的影响。为了表征这些特性,仅需使用单色光源测量单一衍射级的衍射角即可该方法适用于透射光栅和反射光栅。

为了实现这一技术,我们需要的是一个光源、一个探测器,以及一种测量样品、光源和探测器之间角度的方法。此时利特罗衍射仪(Littrow Diffractometers)便派上了用场。因为光在波导中传播了相对较长的距离,同时经历了多次全内反射因此光栅周期容差要求非常严格(以皮米为量级)此外,为了确保光在波导内按正确方向传播,我们需要对光栅的相对方向有高度的确定性。

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技术所需的配备

为了解决上述问题,我们采用Littrow配置。在这种配置中,光栅样品被旋转,使得所需的衍射顺序被反射回光源。随后可以使用分束器将衍射光束引导至探测器上。利用Littrow方程,在已知样品角度、光源波长和衍射顺序的情况下,可以计算出光栅周期。此外,通过引入另一个轴或进行样品旋转,可以在同一次测量中确定光栅线的方向。

为了达到皮米和弧秒尺度的性能,在计算环境空气条件对测量的影响时,必须消除各种测量不确定性。

OptoFidelity 能够满足上述严苛的要求,并满足我们客户所需,具备提供完整光栅测试系统的专业知识储备。我们的 Littrow 衍射仪 WG-GAT 具备所需的高周期和取向测量精度。

Littrow 衍射仪的优势

 

  • 保持光栅的完整性

    Littrow衍射仪是非破坏性测量。它们采用激光束来评估光栅质量,无需与待测样品物理接触。这样,就能确保抗反射光栅的完整性

  • 实时光学性能评估

    对于AR应用实时、原位测量光栅的光学性能至关重要。Littrow衍射仪分析由AR光栅产生的衍射图案,提供即时准确的信息,而无需进一步分析。

  • 适用于 AR 应用的波长范围

    Littrow 衍射仪可以轻松改变光源波长,以匹配 AR 光栅的特定要求。这种适应性精确测量各种应用设计的 AR 光栅。

  • 保证 AR 光栅测量的一致性和精准性

    Littrow 衍射仪经过严谨的校准和开发使具有高分辨率、可重复性、再现性和准确性。这确保了即使由不同用户操作或在评估多个 AR 光栅样品时,也能进行精确且一致的测量。Littrow 衍射仪能够以比其测量光栅周期小多个数量级的精度来测量。

  • 简化 AR 光栅评估的操作

    Littrow 衍射仪操作简便,样品准备量少。即使对光学经验有限的人来说也易于使用。此外,评估所得结果易于解释,从而简化了 AR 光栅的评估过程。