[发明专利]一种全息光栅的制作装置、全息光栅和二维全息光栅光波导

说明书

本发明实施例提供一种全息光栅的制作装置、全息光栅和二维全息光栅光波导。该制作装置包括光源、分光单元、第一反射单元、第一光阑、第二反射单元、第二光阑、棱镜和全息干板；光源的光线经分光单元后形成第一光束和第二光束；第一光束经第一反射单元反射，并经第一光阑形成第一子光束和第二子光束，照射在全息干板；第二光束经第二反射单元反射，并经第二光阑形成第三子光束和第四子光束；第三子光束经棱镜透射后、与第一子光束形成干涉条纹对全息干板的第一区域进行曝光，第四子光束经棱镜反射后、与第二子光束形成干涉条纹对全息干板的第二区域进行曝光，形成全息光栅，该制作装置能同时曝光两个区域，制作全息光栅的效率高。

技术领域

本发明实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种全息光栅的制作装置、全息光栅和二维全息光栅光波导。

背景技术

增强现实是将虚拟信息和真实世界相融合的技术，其中近眼显示设备是增强现实技术中的关键环节。近眼显示设备可以让用户同时看到真实世界和计算机构建的虚拟图像，其中，人眼与所看到的虚拟图像构成的锥形范围叫做视场角，人眼能看全虚拟图像时与显示设备的距离称为出瞳距离，人眼在一定的出瞳距离下能看全虚拟图像时人眼可以晃动的范围叫做眼动范围。如何在显著提升视场角和眼动范围的同时缩小光机体积是增强现实面临的一大挑战。

目前常见的能做到小光机体积并实现大视场角和大眼动范围的光波导方案有三种。第一种是阵列光波导，但该方案采用玻璃冷加工工艺，工艺难度高、成本高且良率低。第二种是采用浮雕光栅波导，但该方案需要昂贵的光栅刻蚀及纳米压印等仪器，成本高昂。第三种是采用二维全息光栅光波导，波导上的耦入区域和耦出区域是全息材料经过两束相干光源曝光后形成的，成本低，然而，现有的制作全息光栅的装置在曝光过程中，一次只能曝光一个区域，例如先曝光制作耦入区域，然后再曝光制作耦出区域，无法同时曝光耦入区域和耦出，制作效率低。

发明内容

本发明实施例提供一种全息光栅的制作装置、全息光栅和二维全息光栅光波导，该制作装置能同时曝光两个区域，制作全息光栅的效率高、成本低且良率高，制成的全息光栅应用于二维全息光栅光波导中，可以实现显著提升视场角和眼动范围的同时缩小光机体积。

第一方面，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种全息光栅的制作装置，包括：光源、分光单元、第一反射单元、第一光阑、第二反射单元、第二光阑、棱镜和全息干板；所述分光单元设于所述光源的出光方向上，所述分光单元用于将所述光源的光线分成沿第一方向传播的第一光束、以及沿第二方向传播的第二光束；所述第一反射单元设于所述第一方向上，所述第一光阑、所述全息干板的第一面依次设于所述第一反射单元的反射方向上，所述第一光阑用于将所述第一光束分成第一子光束和第二子光束；所述第二反射单元设于所述第二方向上，所述第二光阑、所述棱镜的入射面依次设于所述第二反射单元的反射方向上，所述第二光阑用于将所述第二光束分成第三子光束和第四子光束，所述棱镜用于接收所述第三子光束、并将所述第三子光束直接透射至所述棱镜的出射面，以及，用于接收所述第四子光束、并通过所述棱镜的反射面反射后输出至所述棱镜的出射面；所述全息干板的第二面邻近所述棱镜的出射面设置，所述全息干板用于被所述第一子光束和所述第四子光束在第一区域形成的干涉条纹曝光，以及，用于被所述第二子光束和所述第三子光束在第二区域形成的干涉条纹曝光，形成全息光栅。

在一些实施例中，所述光源包括至少一个激光器以及合束器；每一所述激光器设于所述合束器的每一输入端，所述分光单元设于所述合束器的输出端。

在一些实施例中，所述至少一个激光器包括红光激光器、绿光激光器和蓝光激光器，所述合束器为合束棱镜；所述合束棱镜具有第一入射面、第二入射面、第三入射面和出射面，所述红光激光器设于所述合束棱镜的第一入射面，所述绿光激光器设于所述合束棱镜的第二入射面，所述蓝光激光器设于所述合束棱镜的第三入射面，所述分光单元设于所述合束棱镜的出射面。

在一些实施例中，所述制作装置还包括偏振分光棱镜；所述光源设于所述偏振分光棱镜的入射面，所述分光单元设于所述偏振分光棱镜的出射面，所述偏振分光棱镜用于使所述光线以第一偏振态的形式出射。