此示例顯示了設(shè)置和
模擬出瞳擴(kuò)展器 （EPE） 的工作流程，EPE 是波導(dǎo)型增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) （AR） 設(shè)備的重要組成部分。該工作流程將利用
Lumerical 和 Zemax OpticStudio 之間的動(dòng)態(tài)鏈接功能 。為了使用動(dòng)態(tài)鏈接，在Lumerical中構(gòu)建了二維六邊形圓柱體和一維傾斜
光柵的
參數(shù)化模型。另一方面，整個(gè)
成像系統(tǒng)內(nèi)置于Zemax OpticStudio中。在
光線追蹤過(guò)程中，當(dāng)光線照射到光柵上時(shí)，Zemax OpticStudio 會(huì)自動(dòng)調(diào)用 Lumerical 來(lái)計(jì)算精確的電場(chǎng)響應(yīng)，從而可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。
n"Ev25 % h.c)+wz/%C ^{bP#f 概述
l[ L{m7 jHFdDw| N` `=. {i}V EPE是基于波導(dǎo)的AR系統(tǒng)（如Microsoft Hololens）中最流行的技術(shù)之一。它包括一塊薄玻璃板（波導(dǎo)），上面有幾個(gè)光柵。光柵的周期、區(qū)域形狀和周期方向通常在 k 空間中規(guī)劃。K 空間是一個(gè)二維空間，該空間中的任何單個(gè)點(diǎn)始終表示射線傳播方向。當(dāng)衍射光柵改變光線的傳播方向時(shí)，它在該 k 空間中的位置會(huì)被矢量移動(dòng)，其中矢量的長(zhǎng)度與周期有關(guān)。K-space是一個(gè)非常有用的概念，用于規(guī)劃EPE系統(tǒng)的光傳播和光柵周期。
gU 8'7H2 m1frN#3 上述文章中的系統(tǒng)適用于具有三個(gè) 1D 光柵的 EPE。此示例的主要區(qū)別在于，我們將使用 1D 光柵進(jìn)行內(nèi)耦合，并使用 2D 光柵進(jìn)行外耦合。二維光柵具有六邊形周期結(jié)構(gòu)，
光束在k空間中傳播，如下圖所示。如下圖所示，為了讓光束在二維波導(dǎo)中移動(dòng)以擴(kuò)大出瞳，我們?cè)O(shè)計(jì)了光柵，讓光束傳播方向在k空間中像六邊形一樣移動(dòng)。這允許光束傳播并分布到波導(dǎo)中的大區(qū)域，如下圖右圖所示。
kt@+UK." aB$Y5 'al-C;Z 第 1 步：構(gòu)建參數(shù)化光柵模型
9eV@v 光柵模型首先在 Lumerical 中構(gòu)建并保存在 .fsp 文件中。我們將需要兩個(gè)光柵模型。一種是一維光柵，用于耦合來(lái)自
光源的光。一種是用于耦合光線的 1D 光柵。
Obw uyhjQ DF-og*V 第 2 步：構(gòu)建 AR 波導(dǎo)并檢查瞳孔處的功率分布
UH)A n:9 接下來(lái)，在Zemax OpticStudio中構(gòu)建出瞳擴(kuò)展系統(tǒng)。這包括一個(gè)波導(dǎo)、2個(gè)光柵、一個(gè)圖像源和一個(gè)簡(jiǎn)單的眼睛系統(tǒng)來(lái)“看到”圖像。
f",B;C tV<A u 第 3 步：圖像模擬
>si<VCO 現(xiàn)在我們準(zhǔn)備運(yùn)行光線追蹤來(lái)檢查系統(tǒng)。我們將檢查出瞳處的功率分布，以查找光源中的某個(gè)點(diǎn)。我們還將運(yùn)行完整的圖像模擬，并評(píng)估人眼通過(guò)系統(tǒng)看到的內(nèi)容。
$1 w8GI\J 'SuYNA) 第 4 步：
優(yōu)化 pE=wP/# 我們可以選擇一些參數(shù)來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)性能。在本演示中，我們將圓柱體高度作為變量，并將中心場(chǎng)的出瞳均勻性作為優(yōu)化目標(biāo)。
|#S!qnXB QN0Ik 2L 運(yùn)行和結(jié)果
7%0PsF _ 第 1 步：構(gòu)建參數(shù)化光柵模型
Q .5a"(d@ 1.在Lumerical FDTD中打開(kāi)文件（文件名如下），并觀察它們是如何定義的。
j x-W$@ lswm_1D_slant.fsp
_)p% lswm_2D_hex_cylinder.fsp
b ]J_R"} h5Z%|J>;0 兩個(gè)光柵文件中定義的幾何形狀如下。左圖顯示了 lswm_1D_slant.fsp 中的 1D 周期光柵，它將用作 AR 波導(dǎo)系統(tǒng)中的內(nèi)耦合。第二張圖顯示了 lswm_2D_hex_cylinder.fsp 中的二維六邊形，該六邊形將用于外耦合。
)2R:P`U =n;ileGm+^ <yIJ$nBx 請(qǐng)注意，這些光柵文件包括Lumerical和OpticStudio之間的動(dòng)態(tài)工作流程所需的一些特殊設(shè)置。 例如，通過(guò)右鍵單擊對(duì)象樹(shù)中的頂部單元格，我們可以看到兩個(gè)光柵文件中存在名稱為“p#_*****”的用戶屬性。這些用戶屬性將由OpticStudio直接控制。同名的參數(shù)將顯示在OpticStudio中。用戶在OpticStudio中對(duì)這些參數(shù)的任何修改都將反映到Lumerical中的用戶屬性中，以更新光柵幾何形狀。此外，在優(yōu)化過(guò)程中，我們也可以更改一些變量以獲得最佳系統(tǒng)性能。
}U8H4B~UtY ."MBKyg6 $#0%gs/x 還可以看出，為 topcell 組定義了一些腳本。需要這些腳本才能將用戶屬性轉(zhuǎn)換為實(shí)際幾何圖形。
d`2VbZC` VD1*br^, ~
Iv [ 可以看出，這兩個(gè)光柵文件都具有一些共同的用戶屬性，例如 period_x、period_y、n_neg n_pos。這些是必需的，以便光柵文件可以在OpticStudio和Lumerical之間的動(dòng)態(tài)鏈路中使用。
M T{^=F ] >SccoI 我們提供幾種內(nèi)置樣品光柵，如下所示。但是，用戶始終可以按照約定自定義自己的。
Q s~;?BH& 7^:s/xHO* hmks\eb~ 第 2 步：構(gòu)建 AR 波導(dǎo)并檢查瞳孔處的功率分布
5~ jGF 1.在OpticStudio中打開(kāi)epe2d_2dgrating.zar，觀察它是如何定義的。
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