一种制作基于超结构浮雕光栅的AR眼镜波导的方法

摘要

本发明涉及一种制作基于超结构浮雕光栅的AR眼镜波导的方法。该方法首先选择一块玻璃板作为基板，在所述的玻璃板上涂上一层聚合物。然后通过采用激光刻蚀，对上述所涂敷的聚合物进行垂直激光刻蚀，形成超结构浮雕光栅。最后通过成熟的微结构转移技术，将超结构浮雕光栅的结构转移到金属模板上。利用该金属模板，在机械压力作用下，在涂有聚合物的AR眼镜波导上进行压模，从而实现基于超结构浮雕光栅的AR眼镜波导。本发明通过引入小周期精细结构，采用半个大周期内小周期刻蚀深度线性增加，另外半个大周期内刻蚀深度维持不变。所有刻蚀采用垂直刻蚀，没有斜角度刻蚀，避免了斜角度刻蚀的工艺难度，便于大批量生产，也减少成本等优点。

权利要求

1.一种制作基于超结构浮雕光栅的AR眼镜波导的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤（1）选择一块玻璃板作为基板，在所述的玻璃板上涂上一层聚合物；

步骤（2）通过采用激光刻蚀，对上述所涂敷的聚合物进行垂直激光刻蚀，在一个小周期内，设未刻蚀区域宽度为a，刻蚀区域宽度为b，刻蚀区域的深度为Hi，随着小周期结构数目增加，Hi先线性增加，后保持一个常数，依据深度Hi的调整实现等效倾斜刻蚀及等效折射率调整；其中a和b的比例控制刻蚀区域的有效折射率，Hi的分布控制一个大周期内倾斜刻蚀的等效形状；

在半个大周期内，小周期刻蚀区域的深度线性增加；在另外半个大周期内，小周期刻蚀区域的深度维持不变；

步骤（3）重复上述工作，进而刻蚀大周期结构2，3....直到刻蚀到N个大周期，实现超结构浮雕光栅的刻蚀；

步骤（4）通过成微结构转移技术，将按照上述步骤实现的超结构浮雕光栅的结构转移到金属模板上；利用该金属模板，在机械压力作用下，在涂有聚合物的AR眼镜波导上进行压模，从而实现基于超结构浮雕光栅的AR眼镜波导。

2.根据权利要求1所述的一种制作基于超结构浮雕光栅的AR眼镜波导的方法，其特征在于：未刻蚀区域宽度a的数值范围10-50nm，刻蚀区域宽度b的数值范围10-50nm，刻蚀区域的深度Hi数值范围10-1000nm。

说明书

一种制作基于超结构浮雕光栅的AR眼镜波导的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及增强现实技术领域，尤其涉及一种制作基于超结构浮雕光栅的AR眼镜波导的方法。

[0002] 背景研究

[0003] 随着虚拟现实和增强现实的技术逐渐被人们认识和接受，波导耦合光栅得到了快速的发展，该领域的专家也提出了各种各样的光栅结构，比如微软的Hololens提出了倾斜光栅的设计来将光耦合到波导中进行全反射传输。利用传统光学元件将虚拟图像耦合进入人眼的方式已经被采用，包括棱镜、半透半反镜片、自由曲面波导、镜面阵列波导、衍射波导等。衍射波导显示技术是利用衍射光栅实现光线的入射、转折和出射，利用全反射原理实现光线传输，将微显示器的图像传导至人眼，而外界的真实景象可以通过普通的玻璃镜片透射进入人眼，进而看到虚拟图像。

[0004] 由于采用的光波导全反射原理，因此对于设计出的AR眼镜可以像普通眼镜一样轻薄透明，方便携带，也可以做大规模的生产。

[0005] 对于目前提出的耦合光栅大部分是带有一定倾斜角的光栅，这种光栅的好处就是能使在一定偏角范围的光被耦合到波导中，也可以通过多层不同的倾角的光栅叠加在一起来实现增大视场角。但是，这种倾斜光栅的制作工艺难度较大，对刻蚀的要求很高，不大容易实现，成本也相对的比较高。

发明内容

[0006] 针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种制作基于超结构浮雕光栅的AR眼镜波导的方法。

[0007] 本发明的方法包括以下步骤：

[0008] 步骤（1）选择一块玻璃板作为基板，在所述的玻璃板上涂上一层聚合物。

[0009] 步骤（2）通过采用激光刻蚀，对上述所涂敷的聚合物进行垂直激光刻蚀。在一个小周期内，未刻蚀区域宽度为a（数值范围10-50nm），刻蚀区域宽度为b（数值范围10-50nm），刻蚀区域的深度为Hi（数值范围10-1000nm）。随着小周期结构数目增加，Hi先线性增加，后保持一个常数，依据小周期刻蚀深度Hi的调整可以实现等效倾斜刻蚀及等效折射率调整。在以上的结构中，a和b的比例控制了刻蚀区域的有效折射率，Hi的分布控制了一个大周期内倾斜刻蚀的等效形状。

[0010] 步骤（3）重复上述工作，进而刻蚀大周期结构2，3....直到刻蚀到N个大周期，实现超结构光栅的刻蚀。

[0011] 步骤（4）通过成熟的微结构转移技术，将按照上述步骤实现的超结构浮雕光栅的结构转移到金属模板上。利用该金属模板，在机械压力作用下，在涂有聚合物的AR眼镜波导上进行压模，从而实现基于超结构浮雕光栅的AR眼镜波导。

[0012] 本发明提出了基于超结构浮雕光栅的AR眼镜波导的制作方法。在传统浮雕光栅大约200-800nm的周期结构中，引入周期20-100nm的精细结构，该小周期对应的刻蚀深度符合一定的调制要求；采用半个大周期内小周期刻蚀深度线性增加，另外半个大周期内刻蚀深度维持不变。所有刻蚀采用垂直刻蚀，没有斜角度刻蚀，避免了斜角度刻蚀的工艺难度，便于大批量生产，也减少成本等优点。

附图说明

[0013] 图1为本发明方法所制作的超结构浮雕光栅结构图。

[0014] 图2为本发明实施例中对不同角度光的耦合效率图。

具体实施方式

[0015] 如图1所示本发明所用到的装置包括：光刻设备、结构转移设备、玻璃基板、聚合物层等。具体实施方法包括以下步骤：

[0016] （1）选择一块长度4cm的玻璃基板2，其平面形状和普通眼镜镜片一致，厚度为1mm，在所述的玻璃基板2上涂上一层聚合物层1，其厚度为5000nm。

[0017] （2）通过采用激光刻蚀，对上述所涂敷的聚合物层1进行垂直激光刻蚀。在一个小周期内，未刻蚀区域宽度为a=30nm，刻蚀区域宽度为b=35nm，刻蚀区域的深度为Hi（数值范围10-500nm）。随着小周期结构数目增加，Hi先线性增加，后保持一个常数500nm，依据小周期刻蚀深度Hi的调整可以实现等效倾斜刻蚀及等效折射率调整。在以上的结构中，a和b的比例控制了刻蚀区域的有效折射率，Hi的分布控制了一个大周期内倾斜刻蚀的等效形状。

[0018] （3）重复上述工作，进而刻蚀大周期结构2，3....直到刻蚀到N个大周期，实现超结构光栅的刻蚀。

[0019] （4）通过成熟的微结构转移技术，将按照上述步骤实现的超结构浮雕光栅的结构转移到金属模板上。利用该金属模板，在机械压力作用下，在涂有聚合物的AR眼镜波导上进行压模，从而实现基于超结构浮雕光栅的AR眼镜波导。图2展示了利用该方法可提高不同角度光的耦合效率。

[0020] 以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。