Apakah AR Diffractive Waveguide?

Pandu gelombang difraktif ialah penyelesaian paparan optik arus perdana untuk cermin mata AR. Banyak peranti AR menggunakan teknologi ini. Mengapakah pengeluar perkakasan AR utama sangat menyukai pandu gelombang difraktif? Apakah sebenarnya pandu gelombang difraktif?

01 Definisi Pandu Gelombang Difraktif

Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih mendalam, kita boleh memecahkan istilah 'pandu gelombang difraktif' kepada dua bahagian: difraksi dan pandu gelombang.

Biasanya, kita tahu bahawa cahaya boleh merambat dalam tiga cara: perambatan garis lurus, pantulan, dan pembiasan. Sebagai contoh, pemandangan inframerah, periskop, dan cara straw kelihatan bengkok apabila diletakkan di dalam air semuanya berdasarkan tiga prinsip ini. Difraksi, sebaliknya, adalah cara keempat cahaya boleh merambat.

Pada abad ke-17, profesor matematik Itali Francesco Grimaldi menemui dan mencipta istilah 'pembelauan,' yang berasal daripada perkataan Latin 'diffringere,' yang bermaksud 'pecah menjadi kepingan.' Ini merujuk kepada arah asal perambatan gelombang yang 'pecah' dan dibengkokkan ke arah yang berbeza.

Dalam eksperimennya, dia melepasi pancaran cahaya melalui dua bukaan kecil dan ke skrin di dalam bilik gelap, memerhati corak jalur terang dan gelap di tepi unjuran. Oleh itu, pembelauan merujuk kepada fenomena fizikal di mana arah perambatan gelombang berubah apabila menghadapi halangan atau celah.

Disebabkan fakta bahawa kesan pembelauan yang ketara hanya boleh diperhatikan apabila saiz halangan atau lebar celah adalah setanding atau lebih kecil daripada panjang gelombang gelombang, selalunya sukar untuk melihat pembelauan cahaya dalam kehidupan seharian kita. Walau bagaimanapun, dalam keadaan khas tertentu, kita boleh memerhatikannya. Sebagai contoh, fenomena 'kemuliaan' yang dilihat di langit, yang kelihatan seperti halo berwarna-warni di sekeliling bayang-bayang, adalah hasil daripada cahaya matahari yang mendifraksi melalui titisan air kecil dan hablur ais di awan.

Setelah membincangkan pembelauan, apakah sebenarnya pandu gelombang?

Di dunia kita, pelbagai jenis gelombang wujud, termasuk gelombang cahaya, gelombang bunyi, dan gelombang elektromagnet.

Pandu gelombang ialah peranti yang menghantar gelombang ini dari satu lokasi ke lokasi lain. Oleh itu, pandu gelombang cahaya ialah medium atau peranti yang memandu gelombang cahaya semasa ia merambat.

Dengan pemahaman tentang kedua-dua pembelauan dan pandu gelombang, kita boleh mentakrifkan pandu gelombang difraksi: secara ringkasnya, ia adalah medium yang menggunakan pembelauan cahaya untuk membimbing gelombang cahaya semasa ia bergerak.

Pandu gelombang difraktif

Untuk menerangkan dengan lebih lanjut, pandu gelombang difraksi direka bentuk untuk menggunakan sifat pembelauan jeriji untuk mencipta 'laluan cahaya' yang membolehkan cahaya merambat di sepanjang laluan yang telah ditetapkan dan membimbing cahaya yang dipancarkan daripada sistem unjuran mikro ke dalam mata manusia.

Kisi difraktif, unsur optik dengan struktur berkala, adalah komponen teras pandu gelombang difraktif. Berdasarkan jenis parut yang digunakan, pandu gelombang difraksi boleh dikategorikan kepada dua jenis: pandu gelombang parut pelepasan permukaan dan pandu gelombang parut holografik volum.

02 Pandu Gelombang Grating Relief Permukaan

Kisi pelega permukaan dicipta dengan 'mengukir' puncak tinggi dan lembah rendah pada permukaan bahan melalui proses seperti fotolitografi dan goresan. Teknik fabrikasi ini mencapai struktur berkala yang memenuhi prestasi optik yang diperlukan.

Kisi-kisi ini memanipulasi cahaya yang berinteraksi dengannya, membenarkan pembelauan yang berkesan dan membimbing cahaya dalam pandu gelombang. Kisi pelega permukaan digunakan secara meluas kerana kesederhanaan dalam fabrikasi dan keupayaannya untuk disepadukan ke dalam pelbagai sistem optik.

Imej SEM bagi Surface Relief Grating

Surface Relief Grating Waveguide untuk membimbing cahaya yang dipancarkan daripada sistem unjuran mikro (enjin optik) ke dalam mata manusia, cahaya mesti melalui proses gandingan masuk dan gandingan keluar. Secara khusus, cahaya yang dipancarkan daripada enjin optik memasuki pandu gelombang melalui parut masukan, merambat melalui pantulan dalaman total dalam pandu gelombang rata, dan akhirnya dihantar ke mata manusia melalui parut keluaran. Kisi-kisi input dan output yang digunakan di sini ialah kisi-kisi pelepasan permukaan.

Oleh kerana ciri-ciri skala nano pada parut adalah setanding dengan panjang gelombang cahaya, cahaya tidak boleh dianggap sebagai sinar biasa tetapi dianggap sebagai gelombang elektromagnet. Apabila cahaya mengenai jeriji, ia mengalami pembelauan berbilang tertib.

Sebagai contoh, jika enjin optik mengeluarkan cahaya monokromatik (seperti lampu hijau), cahaya ini akan dipecahkan kepada beberapa rasuk yang bergerak dalam arah yang berbeza (perintah pembelauan) apabila terkena parut input. Satu daripada susunan pembelauan bukan sifar ini (cth, tertib +1) akan memenuhi jumlah keadaan pantulan dalaman pandu gelombang rata, membolehkan ia masuk dan merambat melalui pandu gelombang melalui pantulan dalaman keseluruhan. Susunan pembelauan khusus ini dirujuk sebagai susunan kerja pandu gelombang difraksi. Dengan mengawal parameter dengan tepat seperti tempoh, kitaran tugas, kedalaman alur, dan sudut dinding sisi parut, majoriti tenaga cahaya boleh ditumpukan ke dalam susunan kerja pandu gelombang difraksi, dengan berkesan menggabungkan sebahagian besar tenaga cahaya ke dalam pandu gelombang. Proses ini dikenali sebagai proses gandingan dalam pandu gelombang difraktif.

Sejajar dengan itu, apabila cahaya yang merambat melalui jumlah pantulan dalaman dalam pandu gelombang difraktif menemui grating keluaran, ia juga akan menghasilkan beberapa susunan pembelauan. Salah satu pesanan bukan sifar ini akan keluar dari pandu gelombang difraktif ke arah tertentu, seterusnya memasuki mata manusia. Ini dikenali sebagai proses gandingan keluar pandu gelombang difraktif.

Jika enjin optik mengeluarkan cahaya berwarna, sebagai tambahan kepada proses yang disebutkan di atas, akan ada kerumitan lain yang terlibat. Disebabkan oleh panjang gelombang yang berbeza-beza warna cahaya yang berbeza, kecekapan pembelauan mereka akan berbeza juga. Akibatnya, semasa pembiakan, tenaga setiap warna cahaya mungkin hilang kepada tahap yang berbeza-beza, mengakibatkan penyebaran. Dengan mengoptimumkan pelbagai parameter parut, parut boleh mengawal tenaga panjang gelombang cahaya yang berbeza dengan tepat, dengan itu meminimumkan isu serakan dan akhirnya membolehkan kami melihat imej dengan warna yang tepat.

Untuk menangani isu rumit pembelauan parut, syarikat itu telah membangunkan satu set perisian pengiraan yang komprehensif untuk pelbagai jenis parut, berdasarkan Kaedah Fourier Modal (FMM), yang boleh mengira masalah pembelauan yang berkaitan dengan parut dengan cepat dan tepat.

Selain itu, syarikat itu memiliki pusat pemprosesan induk parut yang lengkap dan sistem pengeluaran besar-besaran yang lengkap untuk pandu gelombang difraktif, mencapai penyelarasan rapat antara reka bentuk dan pembuatan. Apabila mereka bentuk jeriji, pertimbangan boleh diberikan kepada keupayaan pemprosesan induk dan teknik pengeluaran, membolehkan pelarasan dan pengoptimuman tepat pada masanya apabila timbul masalah, menghasilkan kitaran lelaran produk yang cepat.

Pandu gelombang difraksi, yang sangat digemari oleh pengeluar perkakasan AR utama, secara khusus merujuk kepada pandu gelombang parut pelepasan permukaan. Kelebihannya termasuk reka bentuk yang tipis, bidang pandangan yang besar, julat pergerakan mata yang luas, dan kos pengeluaran besar-besaran yang rendah, menjadikannya secara meluas dianggap sebagai laluan teknologi paparan arus perdana dalam industri AR.

03 Pandu Gelombang Kisi Holografik Jilid

Proses perambatan cahaya dalam pandu gelombang parut holografik isipadu pada asasnya serupa dengan pandu gelombang parut pelega permukaan.

Perbezaan utama terletak pada cara parut holografik volum dicipta. Daripada 'dipahat', parut holografik volum dibentuk dengan mendedahkan filem photoresist pada substrat kepada corak gangguan yang dicipta oleh dua pancaran cahaya yang koheren. Proses ini menghasilkan taburan spatial berkala dengan indeks biasan yang berbeza-beza pada peringkat molekul. Kisi holografik volum biasanya beroperasi di bawah keadaan pembelauan Bragg.

Apakah Keadaan Difraksi Bragg?

Pada tahun 1912, saintis Jerman Max von Laue menemui fenomena pembelauan sinar-X dalam kristal, meletakkan asas untuk kajian fizik pembelauan sinar-X. Pada tahun yang sama, Lawrence Bragg, melalui kajian berulang di Makmal Cavendish, membuat kesimpulan bahawa fenomena ini adalah sejenis kesan pembelauan gelombang.

Pada tahun 1913, Lawrence Bragg dan bapanya, Henry Bragg, bersama-sama mencadangkan bentuk Bragg pembelauan sinar-X (dikenali sebagai pembelauan Bragg). Mereka mendapati bahawa apabila gelombang zarah subatom memasuki kristal, jika panjang gelombang gelombang zarah hampir dengan jarak antara atom dalam kristal, gelombang zarah akan diserakkan oleh atom dalam fesyen seperti cermin. Penyerakan ini akan mengakibatkan gangguan konstruktif mengikut hukum Bragg, membentuk puncak gelombang tertumpu (dikenali sebagai puncak Bragg). Syarat Bragg adalah kriteria yang mesti dipenuhi untuk gangguan membina berlaku.

Gambarajah skematik pembelauan Bragg

Berdasarkan prinsip pembelauan Bragg, apabila gelombang cahaya memenuhi keadaan Bragg, grating holografik volum boleh mencapai kecekapan pembelauan yang sangat tinggi. Walau bagaimanapun, keadaan Bragg mengenakan keperluan yang ketat pada sudut dan panjang gelombang cahaya kejadian. Jika syarat ini tidak dipenuhi, kecekapan pembelauan boleh menurun dengan cepat. Ini mengakibatkan pandu gelombang parut holografik volum bergelut untuk mencapai keseragaman warna yang baik, yang gagal memenuhi permintaan pasaran.

Pada masa ini, pandu gelombang parut holografik volum mempamerkan jurang yang ketara berbanding dengan pandu gelombang parut pelega permukaan dari segi prestasi paparan, pengkomersilan produk dan sokongan industri.

04 Ringkasan

Pandu gelombang pembelauan AR menggunakan ciri pembelauan jeriji untuk mereka bentuk 'laluan cahaya' yang membolehkan cahaya yang dipancarkan daripada sistem unjuran mikro diarahkan ke mata manusia. Berdasarkan jenis parut difraksi yang digunakan, pandu gelombang parut difraksi boleh dikelaskan kepada pandu gelombang parut pelega permukaan dan pandu gelombang parut holografik isipadu.

Pandu gelombang parut pelega permukaan menawarkan kelebihan seperti ringan, mempunyai bidang pandangan yang besar, julat pergerakan mata yang luas dan kos pengeluaran besar-besaran yang rendah. Akibatnya, mereka secara meluas dianggap sebagai teknologi paparan arus perdana dalam industri AR. Walaupun pandu gelombang parut holografik volum mempamerkan kecekapan pembelauan yang sangat tinggi, mereka bergelut dengan keseragaman warna disebabkan oleh keadaan pembelauan Bragg yang ketat dan masih dalam peringkat awal pembangunan teknologi, memerlukan kemajuan yang ketara untuk mencapai kejayaan.

Dengan kemajuan teknologi yang berterusan dan penambahbaikan dalam pemprosesan, pandu gelombang difraktif AR berdasarkan jeriji pelepasan permukaan mula memasuki pasaran pengguna. Adalah dipercayai bahawa pada masa hadapan, mereka akan memberikan pengalaman paparan AR yang luar biasa untuk lebih banyak pengeluar perkakasan AR.