AR дифракциялық толқын өткізгіш дегеніміз не?

Дифракциялық толқын өткізгіш AR көзілдіріктеріне арналған негізгі оптикалық дисплей шешімі болып табылады. Көптеген AR құрылғылары осы технологияны қолданады. Неліктен ірі AR аппараттық өндірушілері дифракциялық толқын өткізгіштерді жақсы көреді? Дифракциялық толқын өткізгіш дегеніміз не?

01 Дифрактивтік толқын өткізгіштің анықтамасы

Тереңірек түсіну үшін «дифракциялық толқын өткізгіш» терминін екі бөлікке бөлуге болады: дифракция және толқын өткізгіш.

Әдетте, біз жарықтың үш жолмен таралатынын білеміз: түзу сызықты таралу, шағылу және сыну. Мысалы, инфрақызыл көріністер, перископтар және суға салғанда сабанның майысып көрінуі осы үш принципке негізделген. Дифракция, керісінше, жарықтың таралуының төртінші жолы.

17 ғасырда итальяндық математика профессоры Франческо Гримальди латынның 'diffringere' сөзінен шыққан 'дифракция' терминін ашты және енгізді, ол 'бөлшектерге бөліну' дегенді білдіреді. Бұл толқынның таралу бағытының 'үзіліс' және әртүрлі бағыттарға иілуін білдіреді.

Ол өз тәжірибелерінде жарық шоғын екі кішкене саңылау арқылы және қараңғы бөлмедегі экранға өткізіп, проекцияның шеттеріндегі ашық және күңгірт жолақтардың үлгісін байқады. Демек, дифракция деп кедергілермен немесе саңылаулармен кездескенде толқынның таралу бағыты өзгеретін физикалық құбылысты айтады.

Көзге көрінетін дифракциялық әсерлер тек кедергінің өлшемі немесе саңылау ені толқынның толқын ұзындығымен салыстырылатын немесе одан кіші болған кезде ғана байқалатындықтан, біздің күнделікті өмірімізде жарық дифракциясын көру жиі қиынға соғады. Дегенмен, белгілі бір ерекше жағдайларда біз оны байқай аламыз. Мысалы, көлеңкелердің айналасында түрлі-түсті ореол ретінде көрінетін аспанда көрінетін 'даңқ' құбылысы бұлттағы шағын су тамшылары мен мұз кристалдары арқылы күн сәулесінің дифракциялануының нәтижесі болып табылады.

Дифракцияны талқылай отырып, толқын өткізгіш дегеніміз не?

Біздің әлемде толқындардың әртүрлі түрлері бар, соның ішінде жарық толқындары, дыбыс толқындары және электромагниттік толқындар.

Толқынбағдарлама – бұл толқындарды бір жерден екінші жерге жіберетін құрылғы. Осылайша, жарық толқын өткізгіші - жарық толқындарын таралу кезінде бағыттайтын орта немесе құрылғы.

Дифракцияны да, толқын өткізгіштерді де түсіне отырып, біз дифракциялық толқын өткізгішін анықтай аламыз: қарапайым сөзбен айтқанда, бұл жарық толқындарын қозғалыс кезінде бағыттау үшін жарық дифракциясын пайдаланатын орта.

Дифрактивтік толқын өткізгіш

Әрі қарай түсіндіру үшін дифракциялық толқын өткізгіш торлардың дифракциялық қасиеттерін 'жарық жолын' жасау үшін пайдалануға арналған, бұл жарықтың алдын ала анықталған жол бойымен таралуына мүмкіндік береді және микропроекциялық жүйеден шыққан жарықты адам көзіне бағыттайды.

Дифракциялық тор, периодтық құрылымы бар оптикалық элемент, дифракциялық толқын өткізгіштің негізгі құрамдас бөлігі болып табылады. Қолданылатын тордың түріне қарай дифракциялық толқын өткізгіштерді екі түрге бөлуге болады: беттік рельефті торлы толқын өткізгіштер және көлемдік голографиялық торлы толқын өткізгіштер.

02 Беттік рельефті тордың толқын өткізгіші

Беткейлік рельефті торлар материал бетіндегі биік шыңдар мен аласа аңғарларды «мүсіндеу» арқылы фотолитография және оюлау сияқты процестер арқылы жасалады. Бұл өндіру әдісі қажетті оптикалық өнімділікке сәйкес келетін мерзімді құрылымға қол жеткізеді.

Бұл торлар олармен әрекеттесетін жарықты басқарады, бұл тиімді дифракцияға және толқын өткізгіштегі жарықты бағыттауға мүмкіндік береді. Беткейлік рельефті торлар дайындаудағы қарапайымдылығымен және әртүрлі оптикалық жүйелермен біріктіру мүмкіндігімен кеңінен қолданылады.

Беттік рельефтік тордың SEM кескіні

Микропроекциялық жүйеден (оптикалық қозғалтқыш) адам көзіне шығарылатын жарықты бағыттау үшін беттік рельефтік тор толқын өткізгіші, жарық қосылу және қосылу процестерінен өтуі керек. Атап айтқанда, оптикалық қозғалтқыштан шығарылған жарық толқын өткізгішке кіріс торы арқылы енеді, жалпақ толқын өткізгіштің ішінде толық ішкі шағылысу арқылы таралады және ақырында шығыс тор арқылы адам көзіне беріледі. Мұнда қолданылатын кіріс және шығыс торлар беткі рельефті торлар болып табылады.

Жарықтың толқын ұзындығымен салыстыруға болатын тордың нанокөлемді ерекшеліктеріне байланысты жарықты қарапайым сәулелер ретінде қарастырмай, оны электромагниттік толқындар ретінде қарастыру керек. Жарық торға түскенде ол көп ретті дифракцияға ұшырайды.

Мысалы, егер оптикалық қозғалтқыш монохроматикалық жарық шығарса (мысалы, жасыл жарық), бұл жарық кіріс торына соғылған кезде әртүрлі бағытта (дифракциялық тәртіпте) қозғалатын бірнеше сәулелерге бөлінеді. Осы нөлдік емес дифракция тәртібінің бірі (мысалы, +1 реті) жалпақ толқын өткізгіштің жалпы ішкі шағылу жағдайын қанағаттандырады, бұл оның толық ішкі шағылу арқылы толқын өткізгішке енуіне және таралуына мүмкіндік береді. Бұл ерекше дифракция тәртібі дифракциялық толқын өткізгіштің жұмыс тәртібі деп аталады. Период, жұмыс циклі, ойық тереңдігі және тордың бүйірлік бұрышы сияқты параметрлерді дәл бақылау арқылы жарық энергиясының көп бөлігін дифракциялық толқын өткізгіштің жұмыс тәртібіне шоғырландыруға болады, бұл жарық энергиясының көп бөлігін толқын өткізгішке тиімді біріктіреді. Бұл процесс дифракциялық толқын өткізгіштің қосылу процесі ретінде белгілі.

Сәйкесінше, дифракциялық толқын өткізгіштің ішінде толық ішкі шағылысу арқылы таралатын жарық шығыс торымен кездескенде, ол сонымен қатар бірнеше дифракция тәртібін тудырады. Осы нөлдік емес тәртіптердің бірі дифракциялық толқын өткізгіштен белгілі бір бағытта шығып, кейіннен адам көзіне енеді. Бұл дифракциялық толқын өткізгіштің қосылу процесі ретінде белгілі.

Егер оптикалық қозғалтқыш түрлі-түсті жарық шығарса, жоғарыда аталған процестерден басқа, басқа да күрделіліктер болады. Әртүрлі жарық түстерінің толқын ұзындығының әртүрлі болуына байланысты олардың дифракциялық тиімділігі де әр түрлі болады. Демек, таралу кезінде жарықтың әрбір түсінің энергиясы әртүрлі дәрежеде жоғалып, дисперсияға әкеледі. Тордың әртүрлі параметрлерін оңтайландыру арқылы тор жарықтың әртүрлі толқын ұзындығының энергиясын дәл басқара алады, осылайша дисперсия мәселелерін азайтады және сайып келгенде, дәл түстермен кескіндерді көруге мүмкіндік береді.

Тор дифракциясының күрделі мәселелерін шешу үшін компания торларға қатысты дифракциялық есептерді жылдам және дәл есептей алатын Фурье модальды әдісіне (FMM) негізделген торлардың әртүрлі типтері үшін есептеу бағдарламалық қамтамасыз етудің кешенді кешенін әзірледі.

Сонымен қатар, компанияда дизайн мен өндіріс арасындағы тығыз үйлестіруге қол жеткізетін толық жабдықталған торлы өңдеу орталығы және дифракциялық толқын өткізгіштерге арналған толық сериялық өндіріс жүйесі бар. Торларды жобалағанда, шебердің өңдеу мүмкіндіктері мен өндіріс әдістеріне назар аударуға болады, бұл мәселелер туындаған кезде уақтылы түзетулер мен оңтайландыруларға мүмкіндік береді, нәтижесінде өнімнің жылдам итерация циклі болады.

Негізгі AR аппараттық өндірушілері ұнататын дифракциялық толқын өткізгіш, әсіресе беткі рельефті тордың толқын өткізгішіне қатысты. Оның артықшылықтарына жұқа дизайн, үлкен көру өрісі, кең көз қозғалысы диапазоны және төмен сериялық өндіріс шығындары кіреді, бұл оны AR индустриясындағы негізгі дисплей технологиясының бағыты ретінде кеңінен қарастырады.

03 Көлемді голографиялық тордың толқын өткізгіші

Көлемдік голографиялық торлы толқын өткізгіштегі жарықтың таралу процесі беткі рельефті торлы толқын өткізгіштегіге түбегейлі ұқсас.

Негізгі айырмашылық көлемді голографиялық тордың жасалу жолында. Көлемді голографиялық тор «мүсінделудің» орнына, екі когерентті жарық сәулелері арқылы жасалған интерференциялық үлгілерге субстраттағы фоторезисттік пленканы көрсету арқылы жасалады. Бұл процесс молекулярлық деңгейде әртүрлі сыну көрсеткіштері бар периодты кеңістіктік үлестіруді тудырады. Көлемді голографиялық торлар әдетте Брегг дифракция жағдайында жұмыс істейді.

Брегг дифракциялық шарттары дегеніміз не?

1912 жылы неміс ғалымы Макс фон Лауэ кристалдардағы рентген сәулелерінің дифракциясы құбылысын ашып, рентгендік дифракция физикасын зерттеуге негіз қалады. Сол жылы Лоуренс Брэгг Кавендиш зертханасында қайталап зерттеулер жүргізе отырып, бұл құбылыс толқындық дифракциялық әсердің бір түрі болып табылады деген қорытындыға келді.

1913 жылы Лоуренс Брэгг және оның әкесі Генри Брэгг бірлесіп рентген сәулелерінің дифракциясының Брагг түрін ұсынды (Брэгг дифракциясы деп аталады). Олар субатомдық бөлшектер толқындары кристалға енген кезде бөлшектер толқындарының толқын ұзындығы кристалдағы атомдар арасындағы қашықтыққа жақын болса, бөлшектер толқындары атомдармен айна тәрізді шашырайтынын анықтады. Бұл шашырау Брегг заңына сәйкес конструктивті кедергіге әкеліп, толқындардың шоғырланған шыңдарын (Брэгг шыңдары ретінде белгілі) құрайды. Брагг шарттары конструктивті кедергінің пайда болуы үшін орындалуы керек критерийлер болып табылады.

Брегг дифракциясының схемалық диаграммасы

Брегг дифракциясының принципіне сүйене отырып, жарық толқындары Брагг шарттарына сәйкес келгенде, көлемдік голографиялық торлар өте жоғары дифракция тиімділігіне қол жеткізе алады. Дегенмен, Брегг шарттары түскен жарықтың бұрышы мен толқын ұзындығына қатаң талаптар қояды. Егер бұл шарттар орындалмаса, дифракция тиімділігі тез төмендеуі мүмкін. Бұл нарық талаптарын қанағаттандыра алмайтын жақсы түс біркелкілігіне қол жеткізу үшін күресетін көлемді голографиялық торлы толқын өткізгіштерге әкеледі.

Қазіргі уақытта көлемді голографиялық тор толқын өткізгіштері дисплей өнімділігі, өнімді коммерцияландыру және өнеркәсіптік қолдау тұрғысынан беттік рельефті торлы толқын өткізгіштермен салыстырғанда айтарлықтай бос орындарды көрсетеді.

04 Түйіндеме

AR дифракциялық толқын өткізгіштері микропроекциялық жүйелерден шығатын жарықты адам көзіне бағыттауға мүмкіндік беретін 'жарық жолдарын' жобалау үшін торлардың дифракциялық сипаттамаларын пайдаланады. Қолданылатын дифракциялық тордың түріне қарай дифракциялық толқын өткізгіштерді беттік рельефті торлы толқын өткізгіштерге және көлемдік голографиялық торлы толқын өткізгіштерге жіктеуге болады.

Беттік рельефті торлы толқын өткізгіштер жеңіл салмақ, үлкен көру өрісі, кең көз қозғалысы диапазоны және массалық өндірістің төмен шығындары сияқты артықшылықтарды ұсынады. Демек, олар AR индустриясындағы негізгі дисплей технологиясы ретінде кеңінен қарастырылады. Көлемді голографиялық торлы толқын өткізгіштері дифракцияның өте жоғары тиімділігін көрсеткенімен, олар қатаң Bragg дифракциялық жағдайларына байланысты түс біркелкілігімен күреседі және әлі де технология дамуының бастапқы кезеңдерінде, жетістіктерге жету үшін айтарлықтай жетістіктерді қажет етеді.

Үздіксіз технологиялық жетістіктер мен өңдеуді жақсарту арқылы беткі рельефті торларға негізделген AR дифракциялық толқын өткізгіштері тұтыну нарығына шыға бастады. Болашақта олар AR аппараттық құрал-жабдықтарын өндірушілер үшін ерекше AR дисплей тәжірибесін береді деп саналады.