头盔显示系统中全息波导技术研究

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1、级：单位代码：１０３５９密公开：ＴＮ学号：２０１５１１０８７５分类号２７ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＾ｙ硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ（学术硕士）论文题目：头盔显示系统中全息波导技术研究专业名称：光学工程作者姓名：程鑫导师姓名：冯奇斌副教授完成时间２０１８年４月：单位代码：10359密级：公开学号：2015110875分类号：TN27HefeiUniversityofTechnology硕士学位论文MASTER’SDISSERTA

2、TION论文题目：头盔显示系统中全息波导技术研究学位类别：学历硕士专业名称：光学工程作者姓名：程鑫导师姓名：冯奇斌副教授完成时间：2018年4月合肥工业大学学历硕士学位论文头盔显示系统中全息波导技术研究作者姓名：程鑫指导教师：冯奇斌副教授专业名称：光学工程研究方向：头盔显示技术2018年4月ADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterStudyonHolographicWaveguideTechnologyforHelmetDisplaySystemByChengXinHefeiUniv

3、ersityofTechnologyHefei,Anhui,P.R.ChinaApril,2018致谢时光如梭，不知不觉中三年的研究生时光即将结束，非常感谢拥有这一次在合肥工业大学继续深入学习的机会，在这三年的时间里，有低谷也有高潮，不变的是一直向前进取的心。值此毕业论文完成之际，感谢那些一路陪我走来，给予我帮助、支持、关心的家人、老师以及同学。首先我要诚挚的感谢我的指导老师冯奇斌副教授。冯老师待人处事和蔼可亲，在指导我学业时一直亲力亲为；科研态度严谨、科研作风一丝不苟，耐心的指导让我在科研工作中受益匪浅。冯老师的教诲也一直留

4、在我的心中，不仅要立才，也要立人。除了做一个不断钻研进取的科研工作者，还要成为一个品德高尚的人。同时，特别感谢吕国强教授，吕老师不辞辛苦，在我的研究内容与方向上提出了许多宝贵的意见。三年的科研生活中，感谢实验室的同学们对我的帮助。真心感谢弓欣博士、张旭博士、尹惠娟硕士、李亚妮硕士、陈晓静硕士、裴治棋硕士、李其功硕士、邢剑硕士、薛亚萍硕士、严乔硕士、汪勇硕士、武晨晨硕士、刘子学硕士、丁闪闪硕士等等，感谢这三年生活中遇见你们，这是一段终身难忘的回忆，我会永远记住。感谢我的女友，孙陆乐宁硕士，是你的坚持与鼓励让我充满不断前行的动力，

5、我们相互学习，共同进步，在最好的青春里为理想而努力奋斗。我想和你这样一直继续走下去。余生，请多多指教。最后，感谢我的父亲和母亲，感谢你们无私的付出与关怀，让我可以无忧无虑的去生活，你们永远是我的精神支柱，我爱你们。篇幅有限，寥寥数语无法写出心中所有，谨以此文感谢这三年中所有支持、鼓励和帮助过我的人们，纪念这段美好的时光，谢谢你们！作者：程鑫2018年3月18日I摘要随着显示技术的不断发展，头盔显示技术在军事、娱乐、医疗等众多领域展示了巨大的发展潜力。现有的头盔显示器多是基于护目镜成像，但是在实际的穿戴过程中，由于其内部光学系统

6、庞大笨重，会导致头部严重不适。为了克服这些缺点，许多新型的头盔显示技术被提出，它们相比于传统的头盔显示器具有重量轻、体积小等优势，其中全息波导显示技术正是最新的头盔显示技术。但是因为相关技术积累欠缺，全息波导显示技术目前还存在光能利用率低、无法实现彩色显示等问题。本文针对光能利用率低的问题，设计了一种光栅结构，可以以较低的制备成本提高光栅的衍射效率，更大程度地提高系统光效、节约成本。文中首先阐述了全息波导显示技术和衍射理论的相关原理，分析了全息光栅空间频率、波长、波导折射率、入射角等参数之间的关系。然后，采用标量衍射理论的设计

7、方法，设计得到光栅的表面微结构形貌，并利用矢量衍射理论对该结构进行仿真。针对仿真结果，对光栅的表面结构进行优化。之后采用标量理论分析了该光栅结构的宽容度。最后，根据最终的设计结果，采用无掩膜直写光刻的方法制备出相应的光栅，对光栅以及全息波导系统进行实际测试，测试结果表明：光栅正入射时-1级衍射效率达到50%，倾斜56°角入射时-1级衍射效率达到40%，相比于一般的全息波导系统，整体光能利用率提升了4倍左右，满足最初的设计要求。关键词：头盔显示技术；全息波导；标量衍射理论；光栅IIABSTRACTWiththecontinuou

8、sdevelopmentofdisplaytechnology,helmetdisplaytechnologyhasshowntremendouspotentialfordevelopmentinmanyfieldssuchasmilitary,entertainment,a