隨著人們對視覺信息需求的不斷增大,光柵波導頭戴顯示系統(tǒng)（grating waveguide head-mounted display）具備的高性能顯示效果和廣泛的應用范圍,使其具有極高的研究價值。然而,現有系統(tǒng)存在視場角小,衍射效率不高,均勻性差等問題;一般的優(yōu)化方法難以獲得光柵耦合器最優(yōu)解;難以加工亞波長光柵。為了解決上述問題,本文提出一種基于差分進化算法的光柵耦合器優(yōu)化方法,設計出了一種高性能的光柵波導頭戴顯示系統(tǒng),論文的主要研究成果及創(chuàng)新點如下:1、提出了基于差分進化算法的用于波導顯示系統(tǒng)的光柵耦合器優(yōu)化方法,提高設計過程的合理性和設計結果的可靠性。2、基于差分進化算法設計了一種具有自然漸暈補償效果的高角度均勻性輸入光柵耦合器,在45°水平視場角范圍內TE偏振平均衍射效率89.13%,衍射效率分布隨視場角增加而增大,角度均勻性高達0.8885;優(yōu)化了2400L/mm輸入與輸出光柵耦合器,有效提高衍射效率并改善效率分布均勻性,輸入光柵耦合器TE偏振平均衍射效率從6.45%提高至37.21%,效率分布均勻性從0.3358提高至0.8062,TM偏振平均衍射效率從1.60%提高至36.... 

【文章來源】：天津大學天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：90 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 頭戴式顯示器的發(fā)展
    1.3 頭戴式顯示系統(tǒng)的應用
    1.4 論文的研究目的及內容框架
第2章 光柵波導頭戴式顯示系統(tǒng)的理論基礎
    2.1 系統(tǒng)的結構組成與基本原理
    2.2 均勻性的考慮
    2.3 亞波長光柵理論研究方法
        2.3.1 矢量衍射理論概述
        2.3.2 嚴格耦合波分析法
    2.4 基于差分進化算法的光柵耦合器優(yōu)化方法
    2.5 本章小結
第3章 波導顯示光柵耦合器的設計
    3.1 光柵波導顯示系統(tǒng)光柵耦合器的設計要求
    3.2 基于差分進化算法的光柵耦合器設計與優(yōu)化
        3.2.1 高效率輸入光柵耦合器的設計與優(yōu)化
        3.2.2 高角度均勻性的輸入光柵耦合器的設計與優(yōu)化
        3.2.3 高出瞳均勻性輸出光柵耦合器的設計與優(yōu)化
        3.2.4 2400 L/mm輸入與輸出光柵耦合器的設計與優(yōu)化
    3.3 光柵耦合方式的討論與容差分析
        3.3.1 光柵耦合方式與棱鏡耦合方式比較
        3.3.2 光柵的容差分析
    3.4 本章小結
第4章 波導顯示光柵耦合器的研制與測量
    4.1 波導顯示光柵耦合器的加工工藝研究
        4.1.1 電子束曝光工藝
        4.1.2 干法刻蝕工藝
        4.1.3 壓印復制工藝
        4.1.4 鍍膜工藝
    4.2 光柵耦合器樣品的測試與測量
        4.2.1 樣品的測試
        4.2.2 薄膜膜厚與折射率測量
    4.3 效率測量與分析
        4.3.1 測量方法
        4.3.2 測量結果
        4.3.3 結果分析
    4.4 本章小結
第5章 光柵波導頭戴顯示系統(tǒng)的研究
    5.1 圖像源
        5.1.1 OLED微顯示器
        5.1.2 LCoS微顯示器
        5.1.3 DLP微顯示器
    5.2 目鏡系統(tǒng)設計
        5.2.1 調制傳遞函數MTF
        5.2.2 點列圖
        5.2.3 場曲和畸變
        5.2.4 垂軸色差
    5.3 光柵波導HMD系統(tǒng)仿真
        5.3.1 出瞳擴展波導顯示系統(tǒng)光路仿真
        5.3.2 擴展出瞳均勻性優(yōu)化
        5.3.3 出瞳擴展現象相關實驗
    5.4 原型機系統(tǒng)顯示效果與測試分析
    5.5 本章小結
第6章 總結和展望
    6.1 總結
    6.2 研究展望
參考文獻
發(fā)表論文和科研情況說明
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于嚴格耦合波理論的新型耦合光柵分析[J]. 尤勐,黃戰(zhàn)華,蔡懷宇.  天津大學學報(自然科學與工程技術版). 2014(03)
[2]光導板中新型衍射元件的數值模擬研究[J]. 尤勐,黃戰(zhàn)華,蔡懷宇.  光學技術. 2013(01)
[3]嵌入式鍍膜光柵的數值模擬研究(英文)[J]. 尤勐,黃戰(zhàn)華,蔡懷宇.  光子學報. 2012(11)
[4]用于彩色屏顯的雙層耦合光柵設計[J]. 尤勐,黃戰(zhàn)華,蔡懷宇.  光學學報. 2012(10)
[5]大視場雙目頭盔投影光學系統(tǒng)設計[J]. 張慧娟.  光子學報. 2007(07)
[6]頭盔瞄準具及其發(fā)展[J]. 王賢明.  現代兵器. 1990(10)

碩士論文
[1]基于超精密加工的自由曲面棱鏡設計研究[D]. 郭躍武.天津大學 2012
[2]數字頭盔顯示及其關鍵技術研究[D]. 郭功劍.浙江大學 2010
[3]全息頭盔顯示光學系統(tǒng)設計研究[D]. 包秋亞.長春理工大學 2008



本文編號：3174276