隨著人們對(duì)視覺(jué)信息需求的不斷增大,光柵波導(dǎo)頭戴顯示系統(tǒng)（grating waveguide head-mounted display）具備的高性能顯示效果和廣泛的應(yīng)用范圍,使其具有極高的研究?jī)r(jià)值。然而,現(xiàn)有系統(tǒng)存在視場(chǎng)角小,衍射效率不高,均勻性差等問(wèn)題;一般的優(yōu)化方法難以獲得光柵耦合器最優(yōu)解;難以加工亞波長(zhǎng)光柵。為了解決上述問(wèn)題,本文提出一種基于差分進(jìn)化算法的光柵耦合器優(yōu)化方法,設(shè)計(jì)出了一種高性能的光柵波導(dǎo)頭戴顯示系統(tǒng),論文的主要研究成果及創(chuàng)新點(diǎn)如下:1、提出了基于差分進(jìn)化算法的用于波導(dǎo)顯示系統(tǒng)的光柵耦合器優(yōu)化方法,提高設(shè)計(jì)過(guò)程的合理性和設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。2、基于差分進(jìn)化算法設(shè)計(jì)了一種具有自然漸暈補(bǔ)償效果的高角度均勻性輸入光柵耦合器,在45°水平視場(chǎng)角范圍內(nèi)TE偏振平均衍射效率89.13%,衍射效率分布隨視場(chǎng)角增加而增大,角度均勻性高達(dá)0.8885;優(yōu)化了2400L/mm輸入與輸出光柵耦合器,有效提高衍射效率并改善效率分布均勻性,輸入光柵耦合器TE偏振平均衍射效率從6.45%提高至37.21%,效率分布均勻性從0.3358提高至0.8062,TM偏振平均衍射效率從1.60%提高至36.... 

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【文章頁(yè)數(shù)】：90 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 頭戴式顯示器的發(fā)展
    1.3 頭戴式顯示系統(tǒng)的應(yīng)用
    1.4 論文的研究目的及內(nèi)容框架
第2章 光柵波導(dǎo)頭戴式顯示系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)
    2.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與基本原理
    2.2 均勻性的考慮
    2.3 亞波長(zhǎng)光柵理論研究方法
        2.3.1 矢量衍射理論概述
        2.3.2 嚴(yán)格耦合波分析法
    2.4 基于差分進(jìn)化算法的光柵耦合器優(yōu)化方法
    2.5 本章小結(jié)
第3章 波導(dǎo)顯示光柵耦合器的設(shè)計(jì)
    3.1 光柵波導(dǎo)顯示系統(tǒng)光柵耦合器的設(shè)計(jì)要求
    3.2 基于差分進(jìn)化算法的光柵耦合器設(shè)計(jì)與優(yōu)化
        3.2.1 高效率輸入光柵耦合器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
        3.2.2 高角度均勻性的輸入光柵耦合器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
        3.2.3 高出瞳均勻性輸出光柵耦合器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
        3.2.4 2400 L/mm輸入與輸出光柵耦合器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
    3.3 光柵耦合方式的討論與容差分析
        3.3.1 光柵耦合方式與棱鏡耦合方式比較
        3.3.2 光柵的容差分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 波導(dǎo)顯示光柵耦合器的研制與測(cè)量
    4.1 波導(dǎo)顯示光柵耦合器的加工工藝研究
        4.1.1 電子束曝光工藝
        4.1.2 干法刻蝕工藝
        4.1.3 壓印復(fù)制工藝
        4.1.4 鍍膜工藝
    4.2 光柵耦合器樣品的測(cè)試與測(cè)量
        4.2.1 樣品的測(cè)試
        4.2.2 薄膜膜厚與折射率測(cè)量
    4.3 效率測(cè)量與分析
        4.3.1 測(cè)量方法
        4.3.2 測(cè)量結(jié)果
        4.3.3 結(jié)果分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 光柵波導(dǎo)頭戴顯示系統(tǒng)的研究
    5.1 圖像源
        5.1.1 OLED微顯示器
        5.1.2 LCoS微顯示器
        5.1.3 DLP微顯示器
    5.2 目鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        5.2.1 調(diào)制傳遞函數(shù)MTF
        5.2.2 點(diǎn)列圖
        5.2.3 場(chǎng)曲和畸變
        5.2.4 垂軸色差
    5.3 光柵波導(dǎo)HMD系統(tǒng)仿真
        5.3.1 出瞳擴(kuò)展波導(dǎo)顯示系統(tǒng)光路仿真
        5.3.2 擴(kuò)展出瞳均勻性優(yōu)化
        5.3.3 出瞳擴(kuò)展現(xiàn)象相關(guān)實(shí)驗(yàn)
    5.4 原型機(jī)系統(tǒng)顯示效果與測(cè)試分析
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)和展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
發(fā)表論文和科研情況說(shuō)明
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于嚴(yán)格耦合波理論的新型耦合光柵分析[J]. 尤勐,黃戰(zhàn)華,蔡懷宇.  天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2014(03)
[2]光導(dǎo)板中新型衍射元件的數(shù)值模擬研究[J]. 尤勐,黃戰(zhàn)華,蔡懷宇.  光學(xué)技術(shù). 2013(01)
[3]嵌入式鍍膜光柵的數(shù)值模擬研究(英文)[J]. 尤勐,黃戰(zhàn)華,蔡懷宇.  光子學(xué)報(bào). 2012(11)
[4]用于彩色屏顯的雙層耦合光柵設(shè)計(jì)[J]. 尤勐,黃戰(zhàn)華,蔡懷宇.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2012(10)
[5]大視場(chǎng)雙目頭盔投影光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 張慧娟.  光子學(xué)報(bào). 2007(07)
[6]頭盔瞄準(zhǔn)具及其發(fā)展[J]. 王賢明.  現(xiàn)代兵器. 1990(10)

碩士論文
[1]基于超精密加工的自由曲面棱鏡設(shè)計(jì)研究[D]. 郭躍武.天津大學(xué) 2012
[2]數(shù)字頭盔顯示及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 郭功劍.浙江大學(xué) 2010
[3]全息頭盔顯示光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D]. 包秋亞.長(zhǎng)春理工大學(xué) 2008



本文編號(hào)：3174276