Оптикалық толқын бағыттағыштары: Фотоникалық чиптерден AR көзілдіріктеріне дейінгі «Жарық жолы»

AR көзілдірігінде оптикалық толқын өткізгіш дисплей тәжірибесін анықтайтын негізгі оптикалық компонент болып табылады. Ол оптикалық қозғалтқышпен жасалған кескінді объективке бағыттайды және пайдаланушыға нақты әлемді де, виртуалды ақпаратты бір уақытта көруге мүмкіндік беру үшін линзаның мөлдірлігін сақтай отырып, оны белгілі бір құрылым арқылы пайдаланушының көзіне бағыттайды.

Оптикалық толқын өткізгіштер AR пайда болған кезде пайда болған жоқ. Фотоникалық чиптер және оптикалық байланыстар сияқты салаларда модуляторлар, детекторлар және сәуле бөлгіштер сияқты құрылғылар оптикалық сигналдарды жіберу үшін толқындық бағыттағыштарға да сүйенеді. Егер металл қосылыстары электрлік сигналдар үшін жол ретінде қызмет етсе, оптикалық толқын өткізгіштер оптикалық сигналдар үшін арналар ретінде әрекет етеді - айырмашылық оның таралу жолын шектеу үшін жарық сыну көрсеткішінің айырмашылығына және геометриялық шекараларға сүйенеді.

Олардың геометриялық, беттік рельефті тор немесе көлемді голографиялық толқын өткізгіштер екендігіне қарамастан, AR көзілдірігінде қолданылатын оптикалық толқын өткізгіштердің мақсаты жарықты жобаланған жол бойымен адам көзіне бағыттау болып табылады.

Толқынды бағыттағыштың мәні: жарық үшін басқарылатын жолды жобалау

Оптикалық толқын өткізгіштің негізгі функциясы белгілі бір аймаққа жарықтың таралуын шектеу болып табылады.

Фотоникалық чиптерде толқын өткізгіштер кремний, кремний нитриді, InP немесе литий ниобаты сияқты материалдардан жасалуы мүмкін; AR көзілдіріктерінде оптикалық толқын өткізгіштер әдетте жоғары сыну көрсеткіші бар шыныдан немесе шайырдан тұрады, дегенмен соңғы жылдары кремний карбиді (SiC) жарықтың қосылуы мен шығуына қол жеткізу үшін торларды немесе шағылыстыратын құрылымдарды пайдалана отырып, дифракциялық оптикалық толқын өткізгіштер үшін субстрат материалы ретінде де қолданыла бастады.

Толқынбағдарлама тек оптикалық жолды ғана емес, сонымен қатар жарық өрісінің таралуын да басқарады — жарықтың қайда таралатынын, оның қалай қайта бағытталатынын және бөлінетінін және оның адам көзіне қалай түсетінін анықтайды.

Тамаша толқын өткізгіш бір уақытта аз шығынға, жоғары біріктіру тиімділігіне және жақсы біркелкілікке қол жеткізуі керек, сонымен қатар жаппай өндіріске жарамды.

Толқын бағыттағыштары жарықты қалай шектейді: жалпы ішкі шағылысу және режимдер

Оптикалық толқын өткізгіштер толық ішкі шағылысу арқылы жарықтың таралуын шектейді.

Жарық сыну көрсеткіші жоғары материалдан төмен сыну көрсеткіші бар материалға қарай өткенде және түсу бұрышы сыни бұрыштан асқанда, жарық толығымен сыну көрсеткіші жоғары материалға қайта шағылады. Бұл құбылыс толқын өткізгіштердің негізін құрайды.

Үлкенірек сыну көрсеткіші контрасты күшті оптикалық өрісті шектеуге әкеледі, бұл кішірек толқын өткізгіштерге мүмкіндік береді. Дегенмен, шамадан тыс күшті оқшаулау сонымен қатар толқынбағдарламаны өндіріс кемшіліктеріне сезімтал етеді және шашырау шығындарын арттырады.

Айта кету керек, сыну көрсеткіші AR көзілдірігі үшін көру өрісінің жоғарғы шегін (FOV) тікелей анықтайды. Толқын өткізгіш материалдың сыну көрсеткішін ұлғайту қолдау көрсетілетін жарықтың таралу бұрыштарының ауқымын кеңейтеді, осылайша кеңірек көру өрісі бар конструкциялар үшін әлеуетті жасайды. Мысалы, жоғары сыну көрсеткіші бар материалдар, әдетте, үлкен FOV бар толқындық жүйелерге қол жеткізу үшін қолайлырақ; бұл кремний карбидінің (SiC, сыну көрсеткіші шамамен 2,6) айтарлықтай назар аударуының негізгі себебі.

Жарық толқын өткізгіште ерікті түрде таралмайды. Қарапайым сөзбен айтқанда, толқын өткізгішке түсетін әрбір жарық сәулесі тұрақты тарала алмайды; тек қана нақты шекаралық шарттарды қанағаттандыратын электромагниттік өрістің таралулары ұзақ қашықтыққа жүре алады. Бұл тұрақты күйлер 'режимдер' деп аталады. Әртүрлі таралу режимдері электр өрісінің әртүрлі таралуларына және таралу тұрақтыларына ие. Бірнеше режимдер арасында өзара сөйлесу немесе біркелкі мәселелер туындауы мүмкін болғандықтан, режимді басқару AR толқынбағдарламасының дизайнында маңызды фактор болып табылады.

AR дисплейлерінде режимді басқару жарықтық біркелкілігі мен түс өнімділігіне тікелей әсер етеді.

Толқын өткізгіште оптикалық жоғалтулар қай жерде болады

Нақты толқынбағдарламалар сөзсіз жоғалтуларды көрсетеді, ең алдымен төрт түрі:

1. Материалды сіңіру: материалға тән сіңіру сипаттамалары мен қоспалардан туындаған жарық энергиясының жоғалуы.

2. Шашыраудың жоғалуы: Өндіріс процесінде бүйір қабырғаларының кедір-бұдырлығы мен өлшемдік ауытқулардан туындаған жарықтың шашырауы. Микро- және нано-жасау параметрлері - мысалы, тор кезеңі, ою тереңдігі және AR толқын өткізгіштеріндегі бүйір қабырғаларының кедір-бұдырлығы - дифракция тиімділігіне, біркелкілікке және түс өнімділігіне тікелей әсер етеді.

3. Иілу жоғалуы: Иілу радиусы тым аз болғанда, кейбір жарық сыртқа шығады.

4. Іліністің жоғалуы: Жарық бір құрылымнан екінші құрылымға ауысқанда режим өлшемі, бұрышы немесе поляризация күйі сәйкес келмеуіне байланысты жоғалтулар орын алады (мысалы, оптикалық қозғалтқыш толқын өткізгішке немесе толқынбағдарламадан тыс байланыс құрылымына).

AR көзілдірігінің оптикалық тиімділігін арттырудың кілттерінің бірі бүкіл оптикалық жол бойындағы жоғалтуларды азайту болып табылады: жеңіл қозғалтқыштан біріктіру, тарату және ажырату арқылы адам көзіне дейін.

Жарықтың толқын өткізгішке біркелкі енуі мен шығуын жеңілдету: біріктіру және ажырату

AR оптикалық толқын өткізгіштерінде жарықты қосу және қосу негізгі технологиялар болып табылады:

1. Дифракциялық оптикалық толқын өткізгіштер жарық бағытын өзгерту үшін торларды пайдаланады.

2. Геометриялық оптикалық толқын өткізгіштер оптикалық жолды қайта бағыттау үшін шағылысатын құрылымдарды пайдаланады.

3. Көлемдік голографиялық оптикалық толқын өткізгіштер жарықтың таралуын басқару үшін голографиялық элементтерді пайдаланады.

Бұл технологиялардың мәні жарық үшін жоғары тиімді режимді түрлендіруге мүмкіндік береді.

Толқынды бағыттаушы инженерлік бағалау критерийлері

Толқынбағдарламаның өміршеңдігін бағалау келесі факторларды кешенді бағалауды талап етеді:

1. Таралудың жоғалуы: ұзындық бірлігіне оптикалық қуаттың әлсіреуі.

2. Қосылу тиімділігі: көзбен қабылданатын жарықтылыққа тікелей әсер ететін жүйеге түсетін және шығатын жарықтың тиімділігі.

3. Иілу жоғалуы: жұқа профильдері немесе қисық беттері бар конструкциялардағы толқын өткізгіш құрылымының оптикалық тұрақтылығын бағалау.

4. Режим және поляризацияны басқару: дисплей біркелкілігіне, түс өнімділігіне және жүйе тұрақтылығына әсер ететін факторлар, олар толқын өткізгіш дизайнымен бірге қарастырылуы керек.

5. Өндірістік төзімділік: литография қателері, оюдан ауытқулар және пленка қалыңдығындағы вариациялар сияқты факторлардың бақылау мүмкіндігі.

Қорытындысында

Фотоникалық чиптерде немесе AR дисплейлерінде болсын, оптикалық толқын өткізгіштердің функциясы жарықтың таралу жолын басқару болып табылады.

Геометриялық оптикалық толқын өткізгіштер, беттік-рельефтік торлар және көлемді голографиялық толқын өткізгіштер сияқты әртүрлі техникалық тәсілдердің үздіксіз эволюциясымен және кремний карбиді сияқты жаңа материалдардың зертханадан инженерлік қолданбаларға ауысуымен, оптикалық толқын өткізгіш технологиясы бәсекелестіктің жаңа кезеңіне енуде. Бұл кезең тек оптикалық өнімділікке ұмтылудан шығып, өнімділікті, құнын, кірістілігін және жаппай өндіріс мүмкіндіктерін қамтитын жан-жақты бәсекеге өтеді.

Дереккөз: Pingsheng Semiconductor және Айбанг Жизао құрастырған