AR дифракцийн долгионы хөтөч гэж юу вэ?

Дифракцийн долгион хөтлүүр нь AR нүдний шилний гол оптик дэлгэцийн шийдэл юм. Олон тооны AR төхөөрөмж энэ технологийг ашигладаг. Томоохон AR тоног төхөөрөмжийн үйлдвэрлэгчид яагаад дифракцийн долгионы хөтлүүрт их дуртай байдаг вэ? Дифракцийн долгион хөтлүүр гэж яг юу вэ?

01 Дифракцийн долгионы хөтөчийн тодорхойлолт

Илүү гүнзгий ойлголттой болохын тулд бид 'дифракцийн долгион хөтлүүр' гэсэн нэр томъёог дифракц ба долгион хөтлүүр гэсэн хоёр хэсэгт хувааж болно.

Ерөнхийдөө гэрэл нь шулуун шугамын тархалт, тусгал, хугарал гэсэн гурван аргаар тархдаг гэдгийг бид мэднэ. Жишээлбэл, хэт улаан туяаны хараа, перископ, усанд тавьсан сүрэл нугалж харагдах байдал зэрэг нь эдгээр гурван зарчим дээр суурилдаг. Нөгөө талаас дифракци нь гэрлийн тархах дөрөв дэх арга юм.

17-р зуунд Италийн математикийн профессор Франческо Гримальди 'дифракци' гэсэн нэр томьёог нээж, 'дифракци' гэсэн нэр томъёог гаргаж ирсэн бөгөөд энэ нь 'хэсэг болгон хуваах' гэсэн утгатай 'diffringere' гэсэн латин үгнээс гаралтай. Энэ нь долгионы тархалтын анхны чиглэлийг 'хагарч' янз бүрийн чиглэлд нугалж байгааг харуулж байна.

Тэрээр туршилт хийхдээ гэрлийн туяаг хоёр жижиг нүхээр дамжуулж, харанхуй өрөөнд байгаа дэлгэц рүү дамжуулж, проекцын ирмэг дээр цайвар, бараан судалтай байхыг ажиглажээ. Иймээс дифракц гэдэг нь саад, ангархайтай тулгарах үед долгионы тархалтын чиглэл өөрчлөгддөг физик үзэгдлийг хэлнэ.

Саадын хэмжээ, ангархайн өргөн нь долгионы долгионы урттай дүйцэх юм уу түүнээс бага байх үед л мэдэгдэхүйц дифракцийн нөлөө ажиглагддаг тул бидний өдөр тутмын амьдралд гэрлийн дифракцийг харахад хэцүү байдаг. Гэсэн хэдий ч тодорхой онцгой нөхцөлд бид үүнийг ажиглаж болно. Жишээлбэл, тэнгэрт харагдах 'алдар' үзэгдэл нь сүүдрийн эргэн тойронд өнгөлөг гэрэлт цагираг мэт харагддаг нь нарны гэрлийн жижиг усны дуслууд болон үүлэн доторх мөсөн талстуудаар дамжин тархсаны үр дүн юм.

Дифракцийн талаар ярилцсаны дараа долгион хөтлүүр гэж юу вэ?

Манай ертөнцөд гэрлийн долгион, дууны долгион, цахилгаан соронзон долгион гэх мэт янз бүрийн долгионууд байдаг.

Долгион хөтлүүр нь эдгээр долгионыг нэг газраас нөгөө рүү дамжуулах төхөөрөмж юм. Тиймээс гэрлийн долгионы хөтлүүр нь гэрлийн долгионыг тархах үед чиглүүлдэг орчин буюу төхөөрөмж юм.

Дифракц ба долгионы хөтлүүрийг ойлгосноор бид дифракцийн долгион хөтлүүрийг тодорхойлж болно: энгийнээр хэлбэл, энэ нь гэрлийн долгионыг хөдөлгөхөд гэрлийн дифракцийг ашигладаг орчин юм.

Дифракцийн долгион хөтлүүр

Цаашид тайлбарлахын тулд дифракцийн долгион хөтлүүр нь сараалжуудын дифракцийн шинж чанарыг ашиглан 'гэрлийн зам'-ыг бий болгоход зориулагдсан бөгөөд гэрлийг урьдчилан тодорхойлсон маршрутын дагуу тарааж, микропроекцийн системээс ялгарах гэрлийг хүний ​​нүд рүү чиглүүлдэг.

Тогтмол бүтэцтэй оптик элемент болох дифракцийн сараалж нь дифракцийн долгионы дамжуулагчийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Ашигласан сараалжны төрлөөс хамааран дифракцийн долгион хөтлүүрүүдийг гадаргуугийн рельефийн долгионы хөтлүүр ба эзэлхүүний голограф долгионы хөтлүүр гэж хоёр төрөлд хувааж болно.

02 Гадаргуугийн тусламжийн сараалжтай долгион хөтлүүр

Гадаргуугийн рельефийн сараалжууд нь материалын гадаргуу дээрх өндөр оргил ба нам хөндийгүүдийг фотолитографи, сийлбэр зэрэг үйл явцаар 'барималдах' замаар бүтээдэг. Энэхүү үйлдвэрлэлийн техник нь шаардлагатай оптик гүйцэтгэлийг хангасан үечилсэн бүтцийг бий болгодог.

Эдгээр сараалжууд нь тэдэнтэй харьцаж буй гэрлийг зохицуулж, долгион хөтлүүр дотор гэрлийг үр дүнтэй дифракц, чиглүүлэх боломжийг олгодог. Гадаргуугийн рельефийн торыг үйлдвэрлэхэд хялбар, янз бүрийн оптик системд нэгтгэх чадвартай тул өргөн хэрэглэгддэг.

Гадаргуугийн рельефийн торны SEM зураг

Бичил проекцийн системээс (оптик хөдөлгүүр) ялгарах гэрлийг хүний ​​нүд рүү чиглүүлэхийн тулд гадаргуугийн тусламжийн сараалжтай долгион хөтлүүр нь гэрэл нь нэгдэх, гарах процессоор дамжин өнгөрөх ёстой. Тодруулбал, оптик хөдөлгүүрээс ялгарах гэрэл нь оролтын тороор дамжин долгион хөтлүүрт орж, хавтгай долгионы хөтлүүр доторх нийт дотоод тусгалаар тархаж, эцэст нь гаралтын тороор хүний ​​нүд рүү дамждаг. Энд ашигласан оролт, гаралтын сараалжууд нь гадаргуугийн рельефийн тор юм.

Сараалжны нано хэмжээст шинж чанар нь гэрлийн долгионы урттай харьцуулах боломжтой тул гэрлийг энгийн туяа гэж үзэхгүй, харин цахилгаан соронзон долгион гэж үзэх хэрэгтэй. Гэрэл сараалжтай тулгарах үед олон дарааллын дифракцад ордог.

Жишээлбэл, хэрэв оптик хөдөлгүүр нь монохромат гэрэл (ногоон гэрэл гэх мэт) ялгаруулдаг бол энэ гэрэл нь оролтын торыг цохиход янз бүрийн чиглэлд (дифракцийн дараалал) хөдөлдөг хэд хэдэн цацрагт хуваагдана. Эдгээр тэгээс ялгаатай дифракцийн дарааллын аль нэг нь (жишээ нь, +1 дараалал) хавтгай долгион хөтлүүрийн нийт дотоод ойлтын нөхцлийг хангаж, нийт дотоод тусгалаар дамжуулан долгион хөтлүүр рүү нэвтэрч, тархах боломжийг олгоно. Энэхүү дифракцийн тусгай дарааллыг дифракцийн долгионы хөтлүүрийн ажлын дараалал гэж нэрлэдэг. Хугацаа, ажлын мөчлөг, ховилын гүн, сараалжны хажуугийн өнцөг зэрэг параметрүүдийг нарийн хянаснаар гэрлийн энергийн дийлэнх хэсгийг дифракцийн долгионы хөтлүүрийн ажлын дараалалд төвлөрүүлж, гэрлийн энергийн ихэнх хэсгийг долгион хөтлүүртэй үр дүнтэй холбох боломжтой. Энэ процессыг дифракцийн долгионы хөтлүүрийг холбох процесс гэж нэрлэдэг.

Үүний дагуу дифракцийн долгионы хөтлүүр доторх нийт дотоод тусгалаар тархаж буй гэрэл гаралтын тортой тулгарах үед энэ нь мөн дифракцийн хэд хэдэн дарааллыг бий болгоно. Эдгээр тэг биш дарааллын аль нэг нь дифракцийн долгионы дамжуулагчаас тодорхой чиглэлд гарч, улмаар хүний ​​нүд рүү орох болно. Үүнийг дифракцийн долгионы дамжуулагчийг холбох процесс гэж нэрлэдэг.

Хэрэв оптик хөдөлгүүр нь өнгөт гэрлийг ялгаруулдаг бол дээр дурьдсан процессуудаас гадна бусад нарийн төвөгтэй байдал үүсэх болно. Янз бүрийн өнгөт гэрлийн долгионы урт өөр өөр байдаг тул тэдгээрийн дифракцийн үр ашиг нь бас өөр өөр байх болно. Тиймээс тархалтын явцад гэрлийн өнгө бүрийн энерги янз бүрийн хэмжээгээр алдагдаж, тархалтад хүргэдэг. Төрөл бүрийн сараалжтай параметрүүдийг оновчтой болгосноор сараалж нь янз бүрийн долгионы урттай гэрлийн энергийг нарийн хянаж, улмаар тархалтын асуудлыг багасгаж, эцсийн дүндээ үнэн зөв өнгөөр ​​дүрсийг харах боломжийг бидэнд олгоно.

Сараалжны дифракцийн нарийн төвөгтэй асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд компани нь сараалжтай холбоотой дифракцийн бодлогыг хурдан бөгөөд үнэн зөв тооцоолох боломжтой Фурье загварын арга (FMM) дээр суурилсан янз бүрийн төрлийн сараалжуудад зориулсан тооцооллын иж бүрэн програм хангамжийг боловсруулсан.

Түүгээр ч зогсохгүй тус компани нь иж бүрэн тоноглосон сараалжтай мастер боловсруулах төв, дифракцийн долгионы хөтлүүрийг массаар үйлдвэрлэх иж бүрэн системтэй бөгөөд дизайн, үйлдвэрлэлийн хооронд нягт уялдаатай байдаг. Сараалжуудыг төлөвлөхдөө мастерын боловсруулах чадвар, үйлдвэрлэлийн техникийг анхаарч үзэх боломжтой бөгөөд ингэснээр асуудал гарсан үед цаг тухайд нь тохируулга хийх, оновчтой болгох боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр бүтээгдэхүүний давталт хурдацтай болдог.

Томоохон AR тоног төхөөрөмжийн үйлдвэрлэгчид ихээхэн таалагддаг дифракцийн долгион хөтлүүр нь гадаргуугийн тусламжийн сараалжтай долгион хөтлүүрийг тусгайлан хэлдэг. Түүний давуу тал нь нарийхан дизайн, өргөн цар хүрээтэй, нүдний шилжилтийн өргөн хүрээтэй, массын үйлдвэрлэлийн зардал багатай тул үүнийг AR салбарын дэлгэцийн технологийн гол чиглэл гэж өргөнөөр үнэлдэг.

03 Эзлэхүүн голограф сараалжтай долгион хөтлүүр

Эзлэхүүн голограмм долгион хөтлүүр дэх гэрлийн тархалтын үйл явц нь гадаргуугийн рельефийн сараалжтай долгион хөтлүүртэй үндсэндээ төстэй юм.

Гол ялгаа нь эзэлхүүний голограмм сараалжыг хэрхэн бүтээсэнд оршдог. Эзлэхүүнтэй голограмм сараалж нь 'баримал' биш харин хоёр уялдаатай гэрлийн цацрагийн үүсгэсэн интерференцийн хэв маягт субстрат дээрх фоторезист хальсыг ил гаргаснаар үүсдэг. Энэ процесс нь молекулын түвшинд янз бүрийн хугарлын индекс бүхий үечилсэн орон зайн тархалтыг бий болгодог. Эзлэхүүн голограф тор нь ихэвчлэн Браггийн дифракцийн нөхцөлд ажилладаг.

Брэггийн дифракцийн нөхцөл гэж юу вэ?

1912 онд Германы эрдэмтэн Макс фон Лауэ талст дахь рентген туяаны дифракцийн үзэгдлийг нээж, рентген туяаны дифракцийн физикийг судлах үндэс суурийг тавьжээ. Тэр жил Лоуренс Брэгг Кавендишийн лабораторид олон удаа судалгаа хийснээр энэ үзэгдлийг долгионы дифракцийн эффектийн нэг төрөл гэж дүгнэжээ.

1913 онд Лоуренс Брэгг болон түүний эцэг Хенри Брэгг нар хамтран рентген туяаны дифракцийн Брэггийн хэлбэрийг (Браггийн дифракц гэж нэрлэдэг) санал болгосон. Субатомын бөөмсийн долгион нь болор руу ороход бөөмийн долгионы долгионы урт нь талст дахь атомуудын хоорондох зайтай ойролцоо байвал бөөмийн долгион нь атомуудаар толь шиг тархдаг болохыг олж мэдсэн. Энэхүү тархалт нь Браггийн хуулийн дагуу конструктив интерференц үүсгэж, төвлөрсөн долгионы оргилуудыг (Браггийн оргил гэж нэрлэдэг) үүсгэдэг. Браггийн нөхцөл нь бүтээлч хөндлөнгийн оролцоо үүсэхийн тулд хангасан байх ёстой шалгуур юм.

Браггийн дифракцийн бүдүүвч диаграм

Брэггийн дифракцийн зарчимд үндэслэн гэрлийн долгион нь Браггийн нөхцөлийг хангасан үед эзэлхүүний голограф тор нь маш өндөр дифракцийн үр ашигт хүрч чадна. Гэсэн хэдий ч Браггийн нөхцөл нь туссан гэрлийн өнцөг болон долгионы уртад хатуу шаардлага тавьдаг. Хэрэв эдгээр нөхцөл хангагдаагүй бол дифракцийн үр ашиг хурдан буурч болно. Үүний үр дүнд голограмм сараалжтай долгион хөтлүүрүүд сайн өнгөний жигд байдалд хүрэхийн тулд тэмцэж, зах зээлийн эрэлт хэрэгцээг хангаж чадахгүй байна.

Одоогийн байдлаар эзэлхүүний голограф сараалжтай долгион хөтлүүр нь дэлгэцийн гүйцэтгэл, бүтээгдэхүүний худалдаа, үйлдвэрлэлийн дэмжлэгийн хувьд гадаргуугийн рельефийн сараалжтай долгион хөтлүүртэй харьцуулахад ихээхэн цоорхойг харуулж байна.

04 Дүгнэлт

AR дифракцийн долгионы хөтлүүр нь 'гэрлийн зам'-ыг зохион бүтээхдээ торны дифракцийн шинж чанарыг ашигладаг бөгөөд микро проекцийн системээс ялгарах гэрлийг хүний ​​нүд рүү чиглүүлэх боломжийг олгодог. Ашигласан дифракцийн торны төрлөөс хамааран дифракцийн долгион хөтлүүрүүдийг гадаргуугийн рельефийн сараалжтай долгион хөтлүүр ба эзэлхүүний голографийн долгион хөтлүүр гэж ангилж болно.

Гадаргууг хөнгөвчлөх сараалжтай долгион хөтлүүр нь хөнгөн жинтэй, том харах талбайтай, нүдний шилжилт хөдөлгөөн өргөн, масс үйлдвэрлэх зардал бага зэрэг давуу талтай. Иймээс тэдгээрийг AR салбарын дэлгэцийн гол технологи гэж өргөнөөр хүлээн зөвшөөрдөг. Эзлэхүүний голограмм долгионы хөтлүүр нь дифракцийн маш өндөр үр ашгийг харуулдаг хэдий ч Браггийн дифракцийн хатуу нөхцлөөс болж өнгө жигд байхтай тэмцэж байгаа бөгөөд технологийн хөгжлийн эхний үе шатанд байгаа тул ахиц дэвшилд хүрэхийн тулд ихээхэн ахиц дэвшил шаарддаг.

Технологийн дэвшил, боловсруулалтыг сайжруулснаар гадаргуугийн рельефийн сараалж дээр суурилсан AR дифракцийн долгионы хөтөчүүд хэрэглэгчдийн зах зээлд нэвтэрч эхэлж байна. Ирээдүйд тэд AR техник хангамж үйлдвэрлэгчдэд онцгой AR дэлгэцийн туршлагыг өгөх болно гэж үзэж байна.