摘要
在增強現實和(hé)混合現實應用 (AR & MR) 領域的波導光學器(qì)件設計(jì)過程中，橫向均勻性（每個(gè)視(shì)場(chǎng)模式）和(hé)整體(tǐ)效率是兩個(gè)最重要的評價函數(shù)。 為(wèi)了在光波導系統中獲得(de)适當的均勻性和(hé)效率值，有(yǒu)必要允許光栅參數(shù)的變化，特别是在光瞳擴展區(qū)域和(hé)/或耦出區(qū)域中。 為(wèi)此，VirtualLab Fusion 能夠在光栅區(qū)域中引入平滑變化的光栅參數(shù)，并提供必要的工具來(lái)根據定義的評價函數(shù)運行(xíng)優化。 此用例展示了如何使用連續變化的填充因子值優化波導來(lái)獲得(de)足夠的均勻性。
任務描述
光波導組件
使用波導組件，可(kě)以輕松定義具有(yǒu)複雜形狀區(qū)域的波導系統。 此外，這些(xiē)區(qū)域可(kě)以配備理(lǐ)想化或真實的光栅結構，以充當耦入元件、耦出元件或出瞳擴展元件。 更多(duō)信息請(qǐng)見：
光栅區(qū)域
對于耦入元件、耦出元件和(hé)眼瞳擴展元件 (EPE)，使用了真實光栅。 他們的瑞利矩陣和(hé)相應的效率是用 FMM (RCWA) 嚴格計(jì)算(suàn)的。 您可(kě)以在以下位置找到有(yǒu)關如何設置的更多(duō)信息：
均勻性探測器(qì)
均勻性探測器(qì)評估局部區(qū)域內(nèi)（稱為(wèi)光瞳）的能量強度。每個(gè)光瞳由其大(dà)小(xiǎo)定義(𝑑𝑥 × 𝑑𝑦) ，其可(kě)以設置為(wèi)橢圓形或矩形。
您可(kě)以下方鏈接找到有(yǒu)關如何設置的信息：
總結-組件
帶有(yǒu)附加指南的一般工作(zuò)流程
1. 基本光學波導設置的配置（不屬于此用例的一部分）
2. 光束步迹和(hé)光栅分析工具的應用，包括生(shēng)成滿足參數(shù)調制(zhì)所有(yǒu)要求的光學設置
3. 光栅參數(shù)所需調制(zhì)的定義
4. 選擇變量并定義評價函數(shù)以優化調制(zhì)光栅參數(shù)。
以一個(gè)現有(yǒu)的、可(kě)運行(xíng)的波導系統作(zuò)為(wèi)基礎，即已經包括基本幾何形狀（所需距離和(hé)定位光栅區(qū)域）和(hé)光栅規格（方向、周期、順序）。這個(gè)例子取自：
配置光栅區(qū)域的真實光栅結構，這是應用光栅參數(shù)連續或平滑變化之前的必要步驟：
光束步迹和(hé)光栅分析工具用于指定光栅參數(shù)變化的所需範圍，并針對特定條件（波長和(hé)方向）預先計(jì)算(suàn)相應的瑞利系數(shù)。下一步，生(shēng)成光學設置，其中可(kě)以定義平滑參數(shù)變化：
注意：光栅調制(zhì)是針對各個(gè)光栅區(qū)域定義的。
步迹和(hé)光栅分析
在步迹和(hé)光栅分析工具的幫助下，光栅特性（複值）被預先計(jì)算(suàn)并存儲在查找表中，用于選定參數(shù)的指定範圍（例如填充因子）。 根據可(kě)用的效率調制(zhì)範圍選擇填充因子的初始範圍。 更多(duō)信息可(kě)參見：
初始系統的生(shēng)成
• 具有(yǒu)所謂光栅參數(shù)調制(zhì)功能的光波導設置由步迹和(hé)光栅分析工具生(shēng)成（包括光栅特性）。
• Uniformity Detector 用于定義優化的評價函數(shù)。
定義光栅區(qū)域的調制(zhì)函數(shù)
• 打開(kāi)光波導組件中區(qū)域的編輯對話(huà)框； 光栅特性和(hé)查找表存儲在光栅區(qū)域中。
• 編輯光栅參數(shù)調制(zhì)功能，使其定義為(wèi)可(kě)編程功能，光栅參數(shù)的預期線性調制(zhì)由開(kāi)始和(hé)結束位置的值定義（EPE 從左到右邊界，外耦合器(qì)從上(shàng)到下）。
初始系統的生(shēng)成
在分别為(wèi) EPE 和(hé)耦出光栅定義調制(zhì)後，可(kě)以通(tōng)過 Optical Setup > New Parameter Optimization 啓動參數(shù)優化文檔。
優化設置-選擇參數(shù)
• 分别為(wèi)EPE 和(hé)耦出光栅選擇調制(zhì)開(kāi)始和(hé)結束位置的填充因子值。
• 根據調制(zhì)功能編輯器(qì)中的設置自動填充初始值。
優化設置 - 指定約束
• 定義變量的可(kě)用範圍（此處：EPE 和(hé)外耦合器(qì)的填充系數(shù)）。
• 為(wèi)了實現低(dī)均勻性誤差和(hé)可(kě)接受的強度分布，将均勻性誤差的目标值設置為(wèi) 0%，并指定算(suàn)術(shù)平均值的目标值。
• 通(tōng)過定義評價函數(shù)的權重值，可(kě)以調整優化的貢獻（相關性或優先級）。
優化結果
優化結果
優化均勻性與能量密度
通(tōng)過對初始和(hé)優化系統的眼動範圍進行(xíng)線掃描，揭示了均勻性和(hé)局部能量密度的差異。
VirtualLab Fusion技(jì)術(shù)
更多(duō)閱覽
- Grating Analysis and Smoothly Modulated Grating Parameters on Lightguides
- Uniformity Detector for Lightguide Systems
- Light Guide Layout Design Tool
- Flexible Region Configuration
- How to Set Up a Lightguide with Real Grating Structures
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