[发明专利]一种高衍射效率的全息波导显示装置及其光栅耦合方法

权利要求书

1.一种高衍射效率的全息波导显示装置，包括微显示器(201)、准直透镜(202)、光阑(203)、波导(204)、入耦合光栅组(C201)和出耦合光栅组(C202)；所述入耦合光栅组(C201)包括入耦合反射型体全息光栅(205)和入耦合一维亚波长二元光栅(B201)；所述出耦合光栅组(C202)包括出耦合反射型体全息光栅(206)和出耦合一维亚波长二元光栅(B202)；所述入耦合光栅组(C201)和出耦合光栅组(C202)各自的两个光栅之间必须满足光栅波矢匹配关系和相对位置匹配关系。

2.根据权利要求1所述的高衍射效率的全息波导显示装置，其特征在于入耦合光栅组(C201)和出耦合光栅组(C202)各自的两个光栅之间满足光栅波矢匹配关系，即其中K_t为所述入耦合一维亚波长二元光栅及出耦合一维亚波长二元光栅的波矢，K_v、分别为所述入耦合反射型体全息光栅及出耦合反射型体全息光栅的波矢和光栅倾斜角；所述光栅波矢匹配关系可使得所述入耦合光栅组及出耦合光栅组各自的两个光栅分别衍射进所述波导的光束平行。

3.根据权利要求1所述的高衍射效率的全息波导显示装置，其特征在于，所述入耦合光栅组(C201)和出耦合光栅组(C202)的两个光栅满足光栅相对位置匹配关系，即所述入耦合一维亚波长二元光栅(B201)、出耦合一维亚波长二元光栅(B202)相对于所述入耦合反射型体全息光栅(205)、出耦合反射型体全息光栅(206)需左右微调至最佳相对位置；所述光栅相对位置匹配关系可使得所述入耦合光栅组(C201)衍射进所述波导的光束能量达到最大值，出耦合光栅组(C202)也使得衍射进入人眼的光效最高；不同布拉格波长的体全息光栅和一维亚波长二元光栅的最高效率处对应的相对位置是不同的。

4.根据权利要求1所述的高衍射效率的全息波导显示装置，其特征在于，所述出耦合光栅组(C202)和入耦合光栅组(C201)镜像对称，出耦合体全息光栅的衍射角与入耦合体全息光栅的衍射角互为相反数，所述出耦合光栅组(C202)和入耦合光栅组(C201)的相对位置也是镜像对称的。

5.根据权利要求1所述的高衍射效率的全息波导显示装置，其特征在于，所述入耦合反射型体全息光栅(205)、出耦合反射型体全息光栅(206)为单色体全息光栅或复合的彩色体全息光栅；若体全息光栅为复合的彩色体全息光栅，则一维亚波长二元光栅的周期与衍射效率较低的波长相匹配，以获得衍射效率高，颜色均匀的彩色波导显示。

6.一种基于权利要求1所述的高衍射效率的全息波导显示装置的光栅耦合方法，其特征在于，所述微显示器(201)用于加载二维图像，向外发射带有图像信息的发散光(L201)；所述发散光(L201)通过所述准直透镜(202)后变为平行光(L202)，再经所述光阑(203)调节光束大小后，垂直经过所述波导(204)，并被所述入耦合光栅组(C201)衍射进入所述波导(204)中；在所述波导中，光以全反射的形式向左传播，到达所述波导左端时，被所述出耦合光栅组(C202)衍射输出出射平行光(L204)，最终进入人眼(207)。