CN114488392A - 双面光栅波导及其制备方法、以及定位装置 - Google Patents

双面光栅波导及其制备方法、以及定位装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双面光栅波导的制备方法，包括：在第一子波导的第一表面上制备形成第一光栅层；在第二子波导的第一表面上制备形成第二光栅层；将所述第一子波导的第二表面和所述第二子波导的第二表面贴合连接，获得相对的两个表面均设置有光栅层的双面光栅波导。本申请中在形成双面光栅波导时，采用两个子波导代替常规技术中的完整的单波导结构，在两个子波导上各形成光栅层，再将两个子波导相互连接形成完整的波导结构，两个光栅层是分别在两个相互分离的子波导上独立形成的，保证了整个双面光栅波导的质量和工作性能。本申请还提供了一种双面光栅波导以及双面光栅波导制备的定位装置，具有上述有益效果。

Description

双面光栅波导及其制备方法、以及定位装置
技术领域
本发明涉及光波导技术领域，特别是涉及一种双面光栅波导的制备方法、双面光栅波导以及双面光栅波导制备的定位装置。
背景技术
增强现实(AR)技术是一种融合虚拟图象和现实图景的技术。增强现实眼镜因为具有较好的轻便性成为了近年来头戴式增强现实设备当中的研究热点。
光栅波导是增强现实显示设备中的关键部件之一。在光栅光波导方案中，光线能量被耦入、耦出波导的效率对整体的光能量使用效率有着十分重要的影响。为了提高光线的耦入、耦出效率，一方面可以增加光栅的衍射效率，另一方面可以增加光栅的数量。增加光栅数量的技术方案通常是光栅-波导-光栅的单波导两层光栅显示方案。也即是说需要在同一个波导的两个表面各设置一层光栅结构，形成双面光波导结构。但是目前制备光波导结构的方式，往往会使得两个表面的光栅相互影响，导致无法将制备出性能良好的双面光栅波导。
发明内容
本发明的目的是提供一种双面光栅波导的制备方法、双面光栅波导以及双面光栅波导制备的定位装置，能够避免两个光栅层的制备过程相互干扰问题，提升双面光栅波导的工作性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种双面光栅波导的制备方法，包括：
在第一子波导的第一表面上制备形成第一光栅层；
在第二子波导的第一表面上制备形成第二光栅层；
将所述第一子波导的第二表面和所述第二子波导的第二表面贴合连接，获得相对的两个表面均设置有光栅层的双面光栅波导。
在本申请的一种可选地实施例中，将所述第一子波导的第二表面和所述第二子波导的第二表面贴合连接，包括：
采用光学胶粘接所述第一子波导和所述第二子波导的第二表面。
在本申请的一种可选地实施例中，将所述第一子波导的第二表面和所述第二子波导的第二表面贴合连接，包括：
预先在第一定位装置和第二定位装置上均设置可拆卸连接隔离层；
将所述第一子波导和所述第二子波导分别固定在所述第一定位装置和所述第二定位装置上；其中，所述隔离层分别隔离所述第一定位装置的表面和所述第一子波导以及隔离所述第二定位装置的表面和所述第二子波导；
控制所述第一定位装置和所述第二定位装置对所述第一子波导和所述第二子波导之间通过光学胶对位粘接，以使所述第一光栅层和所述第二光栅层之间的光栅矢量按照预定角度对位，且所述第一光栅层和所述第二光栅层之间的光栅分布按照预定的相对位置对位；
将所述第一子波导和所述第二子波导从第一定位装置和第二定位装置拆卸，并去除粘接在所述第一子波导和所述第二子波导上的所述隔离层。
本申请还提供了一种双面光栅波导，包括依次设置的第一光栅层、第一子波导、第二子波导、第二光栅层；还包括连接所述第一子波导和所述第二子波导的连接件。
在本申请的一种可选地实施例中，所述连接件为设置在所述第一子波导和所述第二子波导之间的光学胶层。
本申请还提供一种双面光栅波导制备的定位装置，用于如上任一项所述的双面光栅波导的制备方法；包括基板以及设置在基板上的定位支架；所述定位支架用于夹持固定所述第一子波导和所述第二子波导。
在本申请的一种可选地实施例中，所述定位支架为镂空支架。
在本申请的一种可选地实施例中，所述定位支架包括环绕形成和所述第一子波导以及所述第二子波导相配合的形状的竖杆以及设置在所述竖杆上的凸起。
在本申请的一种可选地实施例中，所述定位支架的表面设置有隔离层。
在本申请的一种可选地实施例中，所述隔离层为塑料薄膜层。
本发明所提供的双面光栅波导的制备方法，包括：在第一子波导的第一表面上制备形成第一光栅层；在第二子波导的第一表面上制备形成第二光栅层；将所述第一子波导的第二表面和所述第二子波导的第二表面贴合连接，获得相对的两个表面均设置有光栅层的双面光栅波导。
本申请中在形成双面光栅波导时，采用两个子波导代替常规技术中的完整的单波导结构，在两个子波导的一个表面上各形成一个光栅层，再将两个子波导未设置光栅层的表面相互连接形成一个完整的波导结构，两个子波导形成一体的波导结构两个相对的表面均设置有光栅层，且两个光栅层是分别在两个相互分离的子波导上独立形成的，避免了两个光栅层的形成过程相互干扰的问题，保证了光栅层的质量，提高了整个双面光栅波导的工作性能。
本申请还提供了一种双面光栅波导以及双面光栅波导制备的定位装置，具有上述有益效果。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的双面光栅波导的制备方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的双面光栅波导的剖面结构示意图；
图3为本申请实施例提供的双面光栅波导制备的定位装置结构示意图；
图4为本申请实施例提供的定位装置的局部剖面结构示意图。
具体实施方式
目前，双面光栅波导中的光栅主要包括两种：表面浮雕光栅和体全息光栅。表面浮雕光栅一般是利用纳米压印技术制备而成，纳米压印技术是利用刚性膜具压印柔性基底材料，使得基底材料上留下光栅结构的几何形状。这种纳米压印技术在波导的一个表面制备完成光栅结构之后就需要将已制备的光栅结构转到波导的背面，压印光波导的另一面的光栅，这时就容易造成光波导已制备的光栅结构在压印过程中受到破坏。
而体全息光栅是将基底材料设置在波导结构的表面，利用两束同频的准直激光束干涉，激发基底材料折射率周期性变化而制备成的。基底材料在未曝光之前具有很低的透过率，所以波导双面镀基底材料的情况下，双面都无法曝光形成光栅。尽管部分体全息基底材料具有较好的转移性，即曝光成型之后再转贴到波导上。但是转贴过程容易扭曲光栅形貌，并且粘贴过程中难以精确地控制光栅矢量方向。因此，光栅-波导-光栅的单波导两层光栅的制备存在如下两个技术问题：一、两层光栅层波导在制备的过程中光栅层会相互影响，损坏光栅层结构；二、两层光栅层波导在制备的过程中难以保证两层光栅的几何位置以及光栅矢量方向保持严谨的对应关系。
为此，本申请中提供了一种双面光栅波导的制备的技术方案，能够避免双面光栅制备过程中被破坏，保证两层光栅的矢量方向的准确的对应关系。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，图1为本申请实施例所提供的双面光栅波导的制备方法的流程示意图，该制备方法可以包括：
S1：在第一子波导的第一表面上制备形成第一光栅层。
S2：在第二子波导的第一表面上制备形成第二光栅层。
S3：将第一子波导的第二表面和第二子波导的第二表面贴合连接，获得相对的两个表面均设置有光栅层的双面光栅波导。
在实际制备过程中，可以在第一子波导和第二子波导的一个表面分别形成第一光栅层和第二光栅层，该第一光栅层和第二光栅层可以同为浮雕光栅或者体全息光栅，也可以是其他光栅，制备方式按照常规的在光波导上制备形成光栅层的方式制备即可，对此本申请中不做特殊限制。
在第一子波导和第二子波导的两个表面分别形成第一光栅层和第二光栅层之后，即可将第一子波导和第二子波导未设置光栅层的表面相互粘接。
需要说明的是，对于波导结构而言，一般为板状结构，本申请中第一子波导的第一表面和第二表面相对的两个表面且为第一子波导的非侧面表面，同理第二子波导的第一表面和第二表面相对的两个表面，且为非侧面表面。
另外，因为第一子波导和第二子波导之间相互连接形成一个整体，其功能和作用是一个当个单波导的功能作用相同，因此在对第一子波导和第二子波导之间相互连接时，可以采用光学胶相互粘接，例如紫外光学胶。该光学胶应当是可透光的光学胶，且折射率应当尽可能的和第一子波导以及第二子波导的折射率接近，光线可以无损地经过胶水层，并保持原有的传播方向。
为了便于对第一子波导和第二子波导进行加工，确定第一光栅层和第二光栅层准确的光栅矢量，使得第一子波导和第二子波导之间相互粘接时，第一光栅层和第二光栅层的光栅矢量、光栅位置相互对应关系更准确，那么可以将第一子波导和第二子波导均设置在定位装置上。
在本申请的一种可选地实施例中，上述实施例的S3中对第一子波导和第二子波导相互粘接的过程可以包括：
步骤一：预先在第一定位装置和第二定位装置上均设置可拆卸连接隔离层；
步骤二：将第一子波导和第二子波导分别固定在第一定位装置和第二定位装置上；其中，隔离层分别隔离第一定位装置的表面和第一子波导以及隔离第二定位装置的表面和第二子波导；
步骤三：控制第一定位装置和第二定位装置对第一子波导和第二子波导之间通过光学胶对位粘接，以使第一光栅层和第二光栅层之间的光栅矢量按照预定角度对位，且所述第一光栅层和所述第二光栅层之间的光栅分布按照预定的相对位置对位。
在对第一子波导和第二子波导相互粘接时，第一子波导和第二子波导未设置光栅层的表面设置光学胶，通过驱动装置控制定位装置移动，使得第一子波导和第二子波导未设置光栅层的表面相对并相互挤压粘接，与此同时采用紫外光对光学胶进行照射，使得光学胶固化。
步骤四：将第一子波导和第二子波导从第一定位装置和第二定位装置拆卸，并去除粘接在第一子波导和第二子波导上的隔离层。
考虑到第一子波导和第二子波导相互挤压粘接时，二者之间的光学胶不可避免的存在外溢的情况，如果该光学胶溢出到定位装置上，可能导致第一子波导和其对应的定位装置相互粘接，第二子波导和其对应的定位装置相互粘接。为此，可以先在定位装置表面上先设置类似与塑料薄膜等形式的隔离层，再将第一子波导和第二子波导安装设置在定位装置上，那么，在对第一子波导和第二子波导相互粘接时，即便第一子波导和第二子波导之间的光学胶溢出，也是溢出在隔离层上，在光学胶固化之后，和第一子波导以及第二子波导相互粘接的也是该隔离层，可以将第一子波导和隔离层共同从定位装置上取下，再去除第一波导上的隔离层即可。同理，对于第二子波导和隔离层之间也是采用相同的处理方式。
进一步地，对于光学胶而言，其是否发生固化以及固化程度是与该光学胶是否和氧气接触相关的。当光学胶接触氧气时，是不容易固化的。为此隔离层隔离子波导和定位工具时，隔离层包围形成的空间应当是开放式的空间，以便溢出的光学胶能够和空气接触，使得在第一子波导和第二子波导之间的光学胶固化完成之后，溢出的光学胶还处于未固化的状态，那么在第一子波导和第二子波导粘接好之后，直接将与溢出光学胶粘接的隔离层撕下即可。进一步地，为了溢出光学胶充分接触氧气，隔离层还可以采用透氧性较好的材料。
当然，在实际操作过程中，第一子波导和第二子波导上分别进行光栅层加工时，也可以是将第一子波导和第二子波导固定在定位装置之后，再进行光栅层的加工。
综上所述，本申请中在形成双面光栅波导时，以分体结构的两个子波导代替完整的单波导结构，分别在两个子波导上各设置一层光栅层，再将两个子波导未设置光栅层的表面相互粘接，使得两个子波导形成一体波导结构的同时，在波导结构的两个表面均存在光栅层。使得两个子波导上的两个光栅层在制备过程中互不干扰，避免光栅层在制备过程中被破坏或者光栅矢量对位不准的问题，进而提高双面光栅波导的整体工作性能。
本申请还提供了一种双面光栅波导的实施例，如图2所示，图2为本申请实施例提供的双面光栅波导的剖面结构示意图，该双面光栅波导可以包括：
依次设置的第一光栅层11、第一子波导12、第二子波导13、第二光栅层14；还包括连接第一子波导12和第二子波导13的连接件。
对于连接件可以存在多种不同的形式，可以是环绕第一子波导2和第二子波导13边缘位置的外框结构，还可以采用设置在第一子波导12和第二子波导13之间的粘接层15，该粘接层15可以采用折射率和第一子波导12以及第二子波导13折射率近似的光学胶层。
本实施例中的双面光栅波导相对于传统的双面光栅波导结构而言，区别在于波导结构为非一体结构，而是分体式的两块子波导相互贴合形成；那么在形成两个光栅层式，即可先分别对两个子波导上加工形成光栅层，之后再将两个子波导相互连接，避免两个光栅层加工过程相互干扰影响光栅层的工作性能问题，在一定程度上提高双面光栅波导的工作性能。
如前所述的双面光栅波导制备方法的实施例中，为了保证双面光栅的光栅矢量对位的准确性，可以利用定位装置固定第一子波导和第二子波导。参考图3和图4，图3为本申请实施例提供的双面光栅波导制备的定位装置结构示意图，图4为本申请实施例提供的定位装置的局部剖面结构示意图，在本申请的另一可选地实施例中，该定位装置可以包括：
基板21以及设置在基板21上的定位支架；
定位支架用于夹持固定第一子波导12和第二子波导13。
如图3所示，第一子波导12和第二子波导13均可以卡入定位支架中，进而实现对第一子波导和第二子波导的固定定位。
另外，如前所述，在采用光学胶粘接第一子波导12和第二子波导13时，二者之间的光学胶15会存在溢出的情况。为了给溢出的光学胶15预留出溢出空间，可以将该定位支架设置成镂空结构，也即是说定位支架并不完全覆盖贴合第一子波导12和第二子波13导的侧面。
在一种可选地实施例中，定位支架包括环绕形成和第一子波导12以及第二子波导13相配合的形状的竖杆22以及设置在竖杆上的凸起。
如图3所示，基板上的各个竖杆22环形分布，形成和第一子波导12以及第二子波导13形状相配合的环形形状，当第一子波导12和第二子波导13分别卡接在各个竖杆22之间时，各个凸起23和第一子波导12以及第二子波导13的侧表面相互贴合，在减小定位装置与第一子波导12以及第二子波导13的侧表面接触面积的基础上，实现竖杆22对第一子波导12以及第二子波导14的卡接固定。
如图4所示，为了避免溢出的光学胶将第一子波导12以及第二子波导13分别和对应的定位装置粘接，可以进一步地将定位支架上设置隔离层24，使得第一子波导12和第二子波导13并不直接和定位装置相连接，而是在通过隔离层24间接连接。那么在第一子波导12和第二子波导13之间的光学胶层15固化之后，即便存在溢出胶水的情况，也仅仅将第一子波导12和第二子波导13与隔离层24粘接起来，并不会将第一子波导12和第二子波导13与定位装置粘接起来，在第一子波导12和第二子波导13相互粘接完成后，再对粘接的隔离层24去除即可。由此，对于隔离层24可以采用塑料薄膜层或者其他便于安装和拆卸撕裂的隔离层24，以便去除粘接在第一子波导12和第二子波导13的隔离层24。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双面光栅波导的制备方法，其特征在于，包括：
在第一子波导的第一表面上制备形成第一光栅层；
在第二子波导的第一表面上制备形成第二光栅层；
将所述第一子波导的第二表面和所述第二子波导的第二表面贴合连接，获得相对的两个表面均设置有光栅层的双面光栅波导。
2.如权利要求1所述的双面光栅波导的制备方法，其特征在于，将所述第一子波导的第二表面和所述第二子波导的第二表面贴合连接，包括：
采用光学胶粘接所述第一子波导的第二表面和所述第二子波导的第二表面。
3.如权利要求2所述的双面光栅波导的制备方法，其特征在于，将所述第一子波导的第二表面和所述第二子波导的第二表面贴合连接，包括：
预先在第一定位装置和第二定位装置上均设置可拆卸连接隔离层；
将所述第一子波导和所述第二子波导分别固定在所述第一定位装置和所述第二定位装置上；其中，所述隔离层分别隔离所述第一定位装置的表面和所述第一子波导以及隔离所述第二定位装置的表面和所述第二子波导；
控制所述第一定位装置和所述第二定位装置对所述第一子波导和所述第二子波导之间通过光学胶对位粘接，以使所述第一光栅层和所述第二光栅层之间的光栅矢量按照预定角度对位，且所述第一光栅层和所述第二光栅层之间的光栅分布按照预定的相对位置对位；
将所述第一子波导和所述第二子波导从第一定位装置和第二定位装置拆卸，并去除粘接在所述第一子波导和所述第二子波导上的所述隔离层。
4.一种双面光栅波导，其特征在于，包括依次设置的第一光栅层、第一子波导、第二子波导、第二光栅层；还包括连接所述第一子波导和所述第二子波导的连接件。
5.如权利要求4所述的双面光栅波导，其特征在于，所述连接件为设置在所述第一子波导和所述第二子波导之间的光学胶层。
6.一种双面光栅波导制备的定位装置，其特征在于，用于如权利要求1至3任一项所述的双面光栅波导的制备方法；包括基板以及设置在所述基板上的定位支架；所述定位支架用于夹持固定所述第一子波导和所述第二子波导。
7.如权利要求6所述的双面光栅波导制备的定位装置，其特征在于，所述定位支架为镂空支架。
8.如权利要求6所述的双面光栅波导制备的定位装置，其特征在于，所述定位支架包括环绕形成和所述第一子波导以及所述第二子波导相配合的形状的竖杆以及设置在所述竖杆上的凸起。
9.如权利要求6所述的双面光栅波导制备的定位装置，其特征在于，所述定位支架的表面设置有隔离层。
10.如权利要求9所述的双面光栅波导制备的定位装置，其特征在于，所述隔离层为塑料薄膜层。
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