将耦合效率和视场均匀性分别提高了2倍和2.3倍

（映维网Nweon 2024年08月27日）由于微显示技术、超紧凑成像光学和高速数字处理器的进步，增强现实正逐步从一个未来的概念发展成为一项可实际应用的技术。

然而，目前的波导显示器依然存在低效率的挑战，特别是衍射类型，而这限制了电池供能式近眼显示器的工作时间。

针对这个问题，中佛罗里达大学和东南大学的科学家团队分析了波导AR显示器光效率低的原因。

研究发现，耦合器存在了明显的漏光，而这是由维持合适视窗均匀性所必需的多重相互作用引起。在进一步的探索分析中，团队在PVG中发现了一种异常的极化转换现象。

利用这一发现，研究人员突破了传统基于波导的AR显示器的耦合效率限制，有效地减少了光泄漏，将耦合效率和视场均匀性分别提高了2倍和2.3倍。

这一进展凸显了PVG作为波导AR显示器耦合器的优势，标志着高效AR技术的发展向前迈出了重要一步。

PVG是一种偏振选择性全息光学元件，它记录两束干涉光束的偏振信息，包括右手圆偏振RCP和左手圆偏振LCP。PVG具有倾斜胆甾液晶结构，可以选择性地反射与螺旋扭相匹配的圆偏振态，同时以相反的圆偏振态透射光。

然而，研究人员发现了一种偏离上述规则的异常现象。当玻璃基板的入射角接近布拉格平面时，PVG是作为波片而不是光栅改变入射光的偏振态。

由于这两种优越的偏振特性，使用PVG作为波导显示器中的耦合器可以显着提高整个视场的耦合效率和均匀性，同时与传统和超表面耦合器相比，它保持出色的视窗连续性。

具体来说，由于PVG的偏振选择性，入射LCP光最初偏转到波导衬底并保持其偏振状态。经过第一次相互作用和全内反射后，光的偏振态转变为RCP态。

在与PVG第二次相互作用时，光进行偏振转换，当PVG厚度满足半波条件时，光返回LCP。在另一个全内反射之后，光变成RCP并通过PVG传输，使其能够在波导内传播，同时保持其方向。所以，这一工艺显著提高耦合效率和均匀性，同时保持所需的视窗连续性。

相关论文：Breaking the in-coupling efficiency limit in waveguide-based AR displays with polarization volume gratings

https://paper.nweon.com/16035

这一发现标志着基于波导的高效AR显示器的重大进步，展示了PVG相对于传统和超表面耦合器的优势。

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原文链接：https://news.nweon.com/124064

研究员突破传统波导AR显示器耦合效率限制，将耦合效率和视场均匀性提高2倍多