波导型准直投影系统中超级衍射光栅特性研究

摘要

波导型准直投影系统是最先进的投影平视系统，它利用微型准直镜组将图像源发出的光准直后耦合入平面波导板中，并在波导板内全反射传播，压缩空间光路，具有占用空间小、轻质量、大出瞳等优点。波导型准直投影系统为透射系统，人眼可以透过波导板观察外界景物，同时接收图像信息和外景信息，具有较好的应用前景和研究价值。
　　超级衍射光栅是波导型准直投影系统中的核心单元，决定了系统的性能和相关参数。为了打破国外对相关技术的垄断，本文设计了新型波导型准直投影系统中的超级衍射光栅，论文的主要工作和创新点如下：
　　1.对BAE system公司近年来波导型准直投影系统相关专利的工作原理和工作过程进行分析与总结；同时对中继镜组、光源、光束耦合方式、波导板的厚度、波导板内嵌的超级衍射光栅特性等进行了讨论，得出超级衍射光栅具有抑制高阶衍射、衍射效率渐变、入射角变化时衍射效率保持恒定等特性的结论，为系统仿真提供支持。
　　2.基于周期性二元光栅对严格耦合波理论进行推导，将严格耦合波理论运用于求解任意面型光栅衍射效率；根据严格耦合波理论进行Matlab程序的编写，并验证程序的正确性；程序可用于求解闪耀光栅、二元光栅等镀膜后的衍射效率。
　　3.对新型波导型准直投影系统进行仿真实验，分析超级衍射光栅特性，确定超级衍射光栅参数。分别对耦合光栅、扩展光栅和出射光栅进行模拟，得出适用于系统的光栅参数。基于该超级衍射光栅的波导型准直投影系统视场可以达到24.8°×30°。
　　4.设计基于Thorlab公司生产的GR13-1850闪耀光栅衍射效率的测定实验。对GR13-1850闪耀光栅分别镀10nm、20nm、30nm、40nm、60nm厚度的二氧化钛薄膜，测定其衍射效率变化规律，得出结论：1）GR13-1850闪耀光栅镀二氧化钛薄膜后，随着入射角的变化其衍射效率在一定范围内可以保持恒定；2）二氧化钛薄膜的厚度能够改变光栅的衍射效率，通过控制膜层厚度可以控制光栅衍射效率；3）二氧化钛材料可以作为波导型准直投影系统中超级衍射光栅的镀膜材料。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 波导型准直投影系统

1.2 国内外研究现状

1.3 研究意义及主要完成工作

第2章 波导型准直投影系统特性分析

2.1 三种不同结构的波导型准直投影系统结构

2.2 波导型准直投影系统分析

2.3 本章小结

第3章 基于严格耦合波理论的Matlab建模

3.1严格耦合波理论

3.2 基于严格耦合波理论的MATLAB编程

3.3编程正确性的验证

3.4 本章小结

第4章 波导型准直投影系统中超级衍射光栅的研究

4.1超级衍射光栅的设计

4.2中继镜组的设计

4.3 超级衍射光栅的制作

4.4 本章小结

第5章 TiO2薄膜应用于衍射光栅的实验验证

5.1 GR13-1850闪耀光栅镀膜

5.2 GR13-1850光栅衍射效率测定

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢