全息波導耦合元件是增強現(xiàn)實顯示系統(tǒng)的關(guān)鍵光學元件,光束垂直入射至全息波導板中通過入耦合元件改變光束傳播方向,在波導板中形成波導現(xiàn)象傳輸至出耦合元件處,通過出耦合元件再次改變傳輸方向從全息波導板出射至人眼。當入耦合元件與出耦合元件均為透射式或反射式耦合元件時,兩次改變光束傳播方向的角度值相等。根據(jù)全息波導的成像原理,結(jié)合k矢量圓理論與全息光學記錄原理,設(shè)計了全息波導入耦合元件與全息波導出耦合元件的對稱型周期結(jié)構(gòu)。利用MATLAB軟件模擬了全息波導耦合元件記錄時的干涉光強模型,實驗結(jié)果與所設(shè)計的耦合元件周期結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)吻合;利用COMSOL軟件模擬了全息波導耦合元件對光束傳輸角度的改變過程,實驗結(jié)果與理論改變光束傳播方向的角度值一致。實驗證明了兩個全息波導耦合元件以互為對稱的結(jié)構(gòu)排布在全息波導光學系統(tǒng)中,能夠滿足全息波導光學系統(tǒng)對光束傳播方向的要求。

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【部分圖文】：

圖1全息波導板光路傳輸示意圖。（a）反射式耦合元件；（b）透射式耦合元件

為了能讓入射光在全息波導板內(nèi)形成波導現(xiàn)象并沿波導板平面法線方向出射至人眼，需要對全息波導內(nèi)的兩個耦合元件的周期結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計，以達到耦合元件作用于入射光來改變光束傳播方向的目的。根據(jù)光學全息原理[12]設(shè)計全息波導耦合元件，以透射式全息波導耦合元件為例，記錄過程如圖2(a）、（....

圖2透射式耦合元件記錄與再現(xiàn)示意圖。（a）耦合元件1記錄示意圖；（b）耦合元件2記錄示意圖；（c）耦合元件1再現(xiàn)示意圖；（d）耦合元件2再現(xiàn)示意圖

圖1全息波導板光路傳輸示意圖。（a）反射式耦合元件；（b）透射式耦合元件根據(jù)k矢量圓理論[13]可知，物光波矢量、參考光波矢量及光柵矢量應滿足：

圖3反射式耦合元件的光柵矢量分析圖。（a）耦合元件1的K矢量圓分析圖；（b）耦合元件1的光柵傾角示意圖；（c）耦合元件2的K矢量圓分析圖；（d）耦合元件2的光柵傾角示意圖

根據(jù)全息光學記錄原理分析并設(shè)計全息波導耦合元件的周期結(jié)構(gòu)，在記錄過程中，物光S(x,y）和參考光R(x,y）的復振幅分別表示為圖4透射式耦合元件的光柵矢量分析圖。（a）耦合元件1的K矢量圓分析圖；（b）耦合元件1的光柵傾角示意圖；（c）耦合元件2的K矢量圓分析圖；（d）耦合元件....

圖4透射式耦合元件的光柵矢量分析圖。（a）耦合元件1的K矢量圓分析圖；（b）耦合元件1的光柵傾角示意圖；（c）耦合元件2的K矢量圓分析圖；（d）耦合元件2的光柵傾角示意圖

圖3反射式耦合元件的光柵矢量分析圖。（a）耦合元件1的K矢量圓分析圖；（b）耦合元件1的光柵傾角示意圖；（c）耦合元件2的K矢量圓分析圖；（d）耦合元件2的光柵傾角示意圖則物光波與參考光波在記錄介質(zhì)上的干涉光強分布為

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