[发明专利]一种用于批量制备全息衍射波导的曝光区域计算方法及其应用

权利要求书

1.一种用于制备全息衍射波导的曝光区域计算方法，该方法通过全息波导成像原理来计算入耦合光栅和出耦合光栅的形状、面积以及相对位置关系，得到所需曝光的光斑，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)确定曝光参数，包括光栅衍射效率、光栅组数、光束强度、全息干板尺寸、全息波导成像视场角、微像源光机出瞳、全息波导出瞳尺寸、出瞳距离、平板波导的折射率；

(2)根据曝光参数，计算出耦合光栅尺寸、入耦合光栅尺寸和波导片尺寸，计算过程如下：

(21)全息波导成像视场角FOV、微像源光机出瞳为P_in、入耦合光栅尺寸为i_x×i_y、平板波导厚度为d、光线传播角度为θ，光栅倾角为ξ、平板波导的折射率为λ，x方向边缘xFOV光线在波导中的最小传播角度θ_min计算公式如下：

(22)记出耦合光栅尺寸为O_x×O_y、出瞳为P_out、出耦合光栅与入耦合光栅间距为P，入耦合光栅宽度i_y，竖直方向上的出瞳yP_out、出耦合光栅与入耦合光栅间距P满足以下公式：

yFOV表示竖直方向的成像视场角；

出耦合光栅尺寸O_x，O_y满足以下公式：

式中，ER表示人眼距离出耦合光栅的距离，xP_out表示水平方向的出瞳；

(23)干板尺寸为W_x×W_y，单块波导片尺寸为L_x×L_y，光栅组数为n，则干板尺寸W_x×W_y满足以下公式：

单块波导片的长度需大于出耦合光栅长度、入耦合光栅长度、出耦合光栅与入耦合光栅间隔之和，且宽度大于出耦合光栅和入耦合光栅中最大宽度，单块波导片尺寸L_x×L_y满足以下公式：

2.根据权利要求1所述的用于制备全息衍射波导的曝光区域计算方法，其特征在于：入耦合光栅长度i_x满足以下公式：

2d tanθ_max≤P_in≤i_x

式中，微像源光机出瞳为P_in、入耦合光栅尺寸为i_x×i_y、平板波导厚度为d、光线在波导中最大传播角度为θ_max。

3.基于权利要求1所述的制备全息衍射波导的曝光计算方法的一种批量制备全息衍射波导的曝光应用方法，其特征在于：所述方法包括如下过程：

(s1)设置批量制备全息衍射波导的曝光装置的曝光参数，根据记录光与全息干板的夹角和计算曝光光束的截面面积，调整设定曝光时长、物光与全息干板夹角及参考光与全息干板夹角、曝光光束截面面积和待曝光光栅的大小及位置；

(s2)控制单元根据两记录光与全息干板夹角、曝光光束面积计算得到全息干板上干涉区域面积，并根据计算结果转化为控制信号；

(s3)控制器根据控制信号控制全息干板的位移和位移间隔时间，全息干板曝光结束总时长以及总位移由路径规划决定。

4.根据权利要求3所述的批量制备全息衍射波导的曝光应用方法，其特征在于：步骤(s3)中，对于相邻两块的波导片尺寸分别定义为L1_x×L1_y，L2_x×L2_y，单次电机的位移为h，水平位移为h_x，垂直位移为h_y，则三者满足以下公式：