एआर डिफ़्रैक्टिव वेवगाइड क्या है?

डिफ़्रैक्टिव वेवगाइड एआर ग्लास के लिए एक मुख्यधारा ऑप्टिकल डिस्प्ले समाधान है। कई AR डिवाइस इस तकनीक को अपनाते हैं। प्रमुख एआर हार्डवेयर निर्माता विवर्तनिक वेवगाइड के इतने शौकीन क्यों हैं? विवर्तनिक वेवगाइड वास्तव में क्या है?

01 डिफ़्रैक्टिव वेवगाइड की परिभाषा

गहरी समझ हासिल करने के लिए, हम 'डिफ़्रेक्टिव वेवगाइड' शब्द को दो भागों में विभाजित कर सकते हैं: विवर्तन और वेवगाइड।

आमतौर पर, हम जानते हैं कि प्रकाश तीन तरीकों से फैल सकता है: सीधी रेखा में प्रसार, परावर्तन और अपवर्तन। उदाहरण के लिए, इन्फ्रारेड दृश्य, पेरिस्कोप, और जिस तरह से पानी में रखे जाने पर एक तिनका मुड़ा हुआ दिखता है, ये सभी इन तीन सिद्धांतों पर आधारित हैं। दूसरी ओर, विवर्तन चौथा तरीका है जिससे प्रकाश फैल सकता है।

17वीं शताब्दी में, इतालवी गणित के प्रोफेसर फ्रांसेस्को ग्रिमाल्डी ने 'विवर्तन' शब्द की खोज की और उसे गढ़ा, जो लैटिन शब्द 'डिफ़रिंगरे' से आया है, जिसका अर्थ है 'टुकड़ों में टूटना।' यह तरंग प्रसार की मूल दिशा को 'टूटा हुआ' और विभिन्न दिशाओं में झुकने को संदर्भित करता है।

अपने प्रयोगों में, उन्होंने प्रकाश की एक किरण को दो छोटे छिद्रों के माध्यम से और एक अंधेरे कमरे में एक स्क्रीन पर पारित किया, प्रक्षेपण के किनारों पर प्रकाश और अंधेरे धारियों के एक पैटर्न का अवलोकन किया। इसलिए, विवर्तन उस भौतिक घटना को संदर्भित करता है जिसमें बाधाओं या स्लिट का सामना करने पर तरंग प्रसार की दिशा बदल जाती है।

इस तथ्य के कारण कि ध्यान देने योग्य विवर्तन प्रभाव केवल तभी देखा जा सकता है जब किसी बाधा का आकार या स्लिट की चौड़ाई तरंग की तरंग दैर्ध्य के बराबर या उससे छोटी हो, हमारे दैनिक जीवन में प्रकाश विवर्तन को देखना अक्सर मुश्किल होता है। हालाँकि, कुछ विशेष परिस्थितियों में हम इसका अवलोकन कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, आकाश में दिखाई देने वाली 'महिमा' घटना, जो छाया के चारों ओर एक रंगीन प्रभामंडल के रूप में दिखाई देती है, बादलों में छोटी पानी की बूंदों और बर्फ के क्रिस्टल के माध्यम से सूर्य के प्रकाश के विवर्तन का परिणाम है।

विवर्तन पर चर्चा करने के बाद, वेवगाइड वास्तव में क्या है?

हमारी दुनिया में विभिन्न प्रकार की तरंगें मौजूद हैं, जिनमें प्रकाश तरंगें, ध्वनि तरंगें और विद्युत चुम्बकीय तरंगें शामिल हैं।

वेवगाइड एक उपकरण है जो इन तरंगों को एक स्थान से दूसरे स्थान तक पहुंचाता है। इस प्रकार, एक प्रकाश वेवगाइड एक माध्यम या उपकरण है जो प्रकाश तरंगों के फैलने पर उनका मार्गदर्शन करता है।

विवर्तन और वेवगाइड दोनों की समझ के साथ, हम एक विवर्तनिक वेवगाइड को परिभाषित कर सकते हैं: सीधे शब्दों में कहें तो, यह एक माध्यम है जो प्रकाश तरंगों को यात्रा करते समय निर्देशित करने के लिए प्रकाश के विवर्तन का उपयोग करता है।

विवर्तनिक वेवगाइड

आगे समझाने के लिए, एक विवर्तनिक वेवगाइड को 'प्रकाश पथ' बनाने के लिए झंझरी के विवर्तन गुणों का उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो प्रकाश को एक पूर्व निर्धारित मार्ग के साथ फैलने की अनुमति देता है और सूक्ष्म-प्रक्षेपण प्रणाली से उत्सर्जित प्रकाश को मानव आंख में निर्देशित करता है।

विवर्तनिक झंझरी, एक आवधिक संरचना वाला एक ऑप्टिकल तत्व, विवर्तनिक वेवगाइड का मुख्य घटक है। प्रयुक्त झंझरी के प्रकार के आधार पर, विवर्तनिक वेवगाइड को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: सतह राहत झंझरी वेवगाइड और वॉल्यूम होलोग्राफिक झंझरी वेवगाइड।

02 सरफेस रिलीफ ग्रेटिंग वेवगाइड

सतह राहत झंझरी फोटोलिथोग्राफी और नक़्क़ाशी जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से किसी सामग्री की सतह पर ऊंची चोटियों और निचली घाटियों को 'मूर्तिकला' करके बनाई जाती है। यह निर्माण तकनीक एक आवधिक संरचना प्राप्त करती है जो आवश्यक ऑप्टिकल प्रदर्शन को पूरा करती है।

ये झंझरी उनके साथ संपर्क करने वाले प्रकाश में हेरफेर करती हैं, जिससे वेवगाइड के भीतर प्रकाश के प्रभावी विवर्तन और मार्गदर्शन की अनुमति मिलती है। निर्माण में उनकी सादगी और विभिन्न ऑप्टिकल प्रणालियों में एकीकृत होने की उनकी क्षमता के कारण सतह राहत झंझरी का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

सरफेस रिलीफ ग्रेटिंग की SEM छवि

सतह राहत ग्रेटिंग वेवगाइड एक सूक्ष्म प्रक्षेपण प्रणाली (ऑप्टिकल इंजन) से उत्सर्जित प्रकाश को मानव आंख में मार्गदर्शन करने के लिए, प्रकाश को युग्मन और युग्मन बाहर की प्रक्रियाओं से गुजरना होगा। विशेष रूप से, ऑप्टिकल इंजन से उत्सर्जित प्रकाश इनपुट ग्रेटिंग के माध्यम से वेवगाइड में प्रवेश करता है, फ्लैट वेवगाइड के भीतर कुल आंतरिक प्रतिबिंब के माध्यम से फैलता है, और अंत में आउटपुट ग्रेटिंग द्वारा मानव आंख तक प्रेषित होता है। यहां उपयोग की जाने वाली इनपुट और आउटपुट झंझरी सतह राहत झंझरी हैं।

झंझरी की नैनोस्केल विशेषताओं के प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के बराबर होने के कारण, प्रकाश को सामान्य किरणों के रूप में नहीं माना जाना चाहिए, बल्कि इसे विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में माना जाना चाहिए। जब प्रकाश झंझरी से टकराता है, तो यह बहु-क्रम विवर्तन से गुजरता है।

उदाहरण के लिए, यदि ऑप्टिकल इंजन मोनोक्रोमैटिक प्रकाश (जैसे हरी रोशनी) उत्सर्जित करता है, तो यह प्रकाश इनपुट ग्रेटिंग से टकराने पर अलग-अलग दिशाओं (विवर्तन क्रम) में यात्रा करने वाली कई किरणों में विभाजित हो जाएगा। इन गैर-शून्य विवर्तन आदेशों में से एक (उदाहरण के लिए, +1 ऑर्डर) फ्लैट वेवगाइड की कुल आंतरिक प्रतिबिंब स्थिति को संतुष्ट करेगा, जिससे इसे कुल आंतरिक प्रतिबिंब के माध्यम से वेवगाइड में प्रवेश करने और प्रसारित करने की अनुमति मिल जाएगी। इस विशिष्ट विवर्तन क्रम को विवर्तनिक वेवगाइड के कार्य क्रम के रूप में जाना जाता है। अवधि, कर्तव्य चक्र, नाली की गहराई और झंझरी के साइडवॉल कोण जैसे मापदंडों को सटीक रूप से नियंत्रित करके, अधिकांश प्रकाश ऊर्जा को विवर्तनिक वेवगाइड के कार्य क्रम में केंद्रित किया जा सकता है, जो प्रभावी रूप से अधिकांश प्रकाश ऊर्जा को वेवगाइड में जोड़ता है। इस प्रक्रिया को विवर्तनिक वेवगाइड की युग्मन-प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है।

तदनुसार, जब प्रकाश जो विवर्तनिक वेवगाइड के भीतर कुल आंतरिक प्रतिबिंब के माध्यम से फैल रहा है, आउटपुट झंझरी का सामना करता है, तो यह कई विवर्तन आदेश भी उत्पन्न करेगा। इन गैर-शून्य आदेशों में से एक एक विशिष्ट दिशा में विवर्तनिक वेवगाइड से बाहर निकल जाएगा, बाद में मानव आंख में प्रवेश करेगा। इसे विवर्तनिक वेवगाइड की युग्मन-आउट प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है।

यदि ऑप्टिकल इंजन रंगीन प्रकाश उत्सर्जित करता है, तो उपरोक्त प्रक्रियाओं के अलावा, अन्य जटिलताएँ भी शामिल होंगी। प्रकाश के विभिन्न रंगों की अलग-अलग तरंग दैर्ध्य के कारण, उनकी विवर्तन क्षमता भी भिन्न होगी। नतीजतन, प्रसार के दौरान, प्रकाश के प्रत्येक रंग की ऊर्जा अलग-अलग डिग्री तक नष्ट हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप फैलाव हो सकता है। विभिन्न झंझरी मापदंडों को अनुकूलित करके, झंझरी प्रकाश की विभिन्न तरंग दैर्ध्य की ऊर्जा को सटीक रूप से नियंत्रित कर सकती है, जिससे फैलाव के मुद्दों को कम किया जा सकता है और अंततः हमें सटीक रंगों के साथ छवियां देखने की अनुमति मिलती है।

झंझरी विवर्तन के जटिल मुद्दों को संबोधित करने के लिए, कंपनी ने फूरियर मोडल विधि (एफएमएम) के आधार पर विभिन्न प्रकार की झंझरी के लिए गणना सॉफ्टवेयर का एक व्यापक सूट विकसित किया है, जो झंझरी से संबंधित विवर्तन समस्याओं की त्वरित और सटीक गणना कर सकता है।

इसके अलावा, कंपनी के पास पूरी तरह से सुसज्जित ग्रेटिंग मास्टर प्रोसेसिंग सेंटर और विवर्तनिक वेवगाइड के लिए एक पूर्ण बड़े पैमाने पर उत्पादन प्रणाली है, जो डिजाइन और विनिर्माण के बीच घनिष्ठ समन्वय प्राप्त करती है। झंझरी डिजाइन करते समय, मास्टर की प्रसंस्करण क्षमताओं और उत्पादन तकनीकों पर विचार किया जा सकता है, जिससे समस्या उत्पन्न होने पर समय पर समायोजन और अनुकूलन की अनुमति मिलती है, जिसके परिणामस्वरूप तेजी से उत्पाद पुनरावृत्ति चक्र होता है।

विवर्तनिक वेवगाइड, जिसे प्रमुख एआर हार्डवेयर निर्माताओं द्वारा अत्यधिक पसंद किया जाता है, विशेष रूप से सतह राहत झंझरी वेवगाइड को संदर्भित करता है। इसके फायदों में एक पतला डिज़ाइन, देखने का बड़ा क्षेत्र, व्यापक नेत्र गति सीमा और कम बड़े पैमाने पर उत्पादन लागत शामिल हैं, जिससे इसे एआर उद्योग में मुख्यधारा के प्रदर्शन प्रौद्योगिकी मार्ग के रूप में व्यापक रूप से माना जाता है।

03 वॉल्यूम होलोग्राफिक ग्रेटिंग वेवगाइड

वॉल्यूम होलोग्राफिक ग्रेटिंग वेवगाइड में प्रकाश के प्रसार की प्रक्रिया मूल रूप से सतह राहत ग्रेटिंग वेवगाइड के समान है।

मुख्य अंतर यह है कि वॉल्यूम होलोग्राफिक ग्रेटिंग कैसे बनाई जाती है। 'मूर्तिकला' होने के बजाय, प्रकाश की दो सुसंगत किरणों द्वारा बनाए गए हस्तक्षेप पैटर्न के लिए एक सब्सट्रेट पर एक फोटोरेसिस्ट फिल्म को उजागर करके वॉल्यूम होलोग्राफिक झंझरी बनाई जाती है। यह प्रक्रिया आणविक स्तर पर अलग-अलग अपवर्तक सूचकांकों के साथ एक आवधिक स्थानिक वितरण उत्पन्न करती है। वॉल्यूम होलोग्राफिक झंझरी आमतौर पर ब्रैग विवर्तन स्थितियों के तहत काम करती है।

ब्रैग विवर्तन स्थितियाँ क्या हैं?

1912 में, जर्मन वैज्ञानिक मैक्स वॉन लाउ ने क्रिस्टल में एक्स-रे विवर्तन की घटना की खोज की, जिससे एक्स-रे विवर्तन भौतिकी के अध्ययन की नींव पड़ी। उसी वर्ष, लॉरेंस ब्रैग ने कैवेंडिश प्रयोगशाला में बार-बार अध्ययन के माध्यम से निष्कर्ष निकाला कि यह घटना एक प्रकार का तरंग विवर्तन प्रभाव है।

1913 में, लॉरेंस ब्रैग और उनके पिता, हेनरी ब्रैग ने संयुक्त रूप से एक्स-रे विवर्तन के ब्रैग रूप का प्रस्ताव रखा (जिसे ब्रैग विवर्तन के रूप में जाना जाता है)। उन्होंने पाया कि जब उपपरमाण्विक कण तरंगें क्रिस्टल में प्रवेश करती हैं, यदि कण तरंगों की तरंग दैर्ध्य क्रिस्टल में परमाणुओं के बीच की दूरी के करीब है, तो कण तरंगें दर्पण की तरह परमाणुओं द्वारा बिखर जाएंगी। इस प्रकीर्णन के परिणामस्वरूप ब्रैग के नियम के अनुसार रचनात्मक हस्तक्षेप होगा, जिससे तरंगों की संकेंद्रित चोटियाँ बनेंगी (जिन्हें ब्रैग चोटियाँ कहा जाता है)। ब्रैग स्थितियाँ वे मानदंड हैं जिन्हें रचनात्मक हस्तक्षेप के लिए पूरा किया जाना चाहिए।

ब्रैग विवर्तन का योजनाबद्ध आरेख

ब्रैग विवर्तन के सिद्धांत के आधार पर, जब प्रकाश तरंगें ब्रैग स्थितियों से मिलती हैं, तो वॉल्यूम होलोग्राफिक झंझरी बहुत उच्च विवर्तन दक्षता प्राप्त कर सकती है। हालाँकि, ब्रैग स्थितियाँ आपतित प्रकाश के कोण और तरंग दैर्ध्य पर कठोर आवश्यकताएँ लगाती हैं। यदि ये स्थितियाँ पूरी नहीं होती हैं, तो विवर्तन दक्षता तेजी से गिर सकती है। इसके परिणामस्वरूप वॉल्यूम होलोग्राफिक ग्रेटिंग वेवगाइड अच्छे रंग एकरूपता प्राप्त करने के लिए संघर्ष कर रहे हैं, जो बाजार की मांगों को पूरा करने में विफल रहता है।

वर्तमान में, वॉल्यूम होलोग्राफिक ग्रेटिंग वेवगाइड्स प्रदर्शन प्रदर्शन, उत्पाद व्यावसायीकरण और औद्योगिक समर्थन के मामले में सतह राहत ग्रेटिंग वेवगाइड्स की तुलना में महत्वपूर्ण अंतराल प्रदर्शित करते हैं।

04 सारांश

एआर विवर्तनिक वेवगाइड 'प्रकाश पथ' को डिजाइन करने के लिए झंझरी की विवर्तन विशेषताओं का उपयोग करते हैं, जिससे सूक्ष्म-प्रक्षेपण प्रणालियों से उत्सर्जित प्रकाश को मानव आंख में निर्देशित किया जा सकता है। उपयोग किए गए विवर्तन झंझरी के प्रकार के आधार पर, विवर्तनिक वेवगाइड को सतह राहत झंझरी वेवगाइड और वॉल्यूम होलोग्राफिक झंझरी वेवगाइड में वर्गीकृत किया जा सकता है।

सरफेस रिलीफ ग्रेटिंग वेवगाइड हल्के होने, देखने का एक बड़ा क्षेत्र, व्यापक नेत्र गति सीमा और कम बड़े पैमाने पर उत्पादन लागत जैसे फायदे प्रदान करते हैं। नतीजतन, उन्हें व्यापक रूप से एआर उद्योग में मुख्यधारा प्रदर्शन तकनीक के रूप में माना जाता है। जबकि वॉल्यूम होलोग्राफिक ग्रेटिंग वेवगाइड बहुत उच्च विवर्तन दक्षता प्रदर्शित करते हैं, वे कड़े ब्रैग विवर्तन स्थितियों के कारण रंग एकरूपता के साथ संघर्ष करते हैं और अभी भी प्रौद्योगिकी विकास के प्रारंभिक चरण में हैं, जिससे सफलता प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण प्रगति की आवश्यकता होती है।

चल रही तकनीकी प्रगति और प्रसंस्करण में सुधार के साथ, सतह राहत झंझरी पर आधारित एआर विवर्तनिक वेवगाइड उपभोक्ता बाजार में प्रवेश करना शुरू कर रहे हैं। ऐसा माना जाता है कि भविष्य में, वे अधिक एआर हार्डवेयर निर्माताओं के लिए असाधारण एआर डिस्प्ले अनुभव प्रदान करेंगे।