CN115097565B - 一种光波导器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学器件领域，具体公开了一种光波导器件及其制备方法，该光波导器件包括波导元件；用于将投影光线耦入波导元件内的耦入端；嵌入波导元件内部的体全息光栅阵列；其中，体全息光栅阵列包括多个依次首尾相接的体全息光栅；各个体全息光栅依次对波导元件内的投影光线分别按照不同的比例进行部分透射和部分衍射；且每个体全息光栅衍射输出的光线从波导元件内耦出输出，透射输出的光线入射至相邻的下一个体全息光栅；相邻两个体全息光栅中对投影光线的衍射一个为透射衍射另一个为反射衍射。本申请中各个首尾相接的体全息光栅对投影光线具有不同衍射效率，从而达到更好的投影效果，并能够避免投影画面断层，提升了投影画面的显示效果。

Description

一种光波导器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及光学器件技术领域，特别是涉及一种光波导器件以及一种光波导器件的制备方法。

背景技术

光波导器件是增强现实显示设备中的关键元件之一，其主要工作原理是通过投影光机向光波导器件中的波导元件投射投影光线，投影光线耦入到波导元件内后发生全反射传输，并最终通过耦出元件耦出并入射至人眼。

但受空间限制，一般情况下投影光机投射输出的投影光线的出瞳相对较小，直接经过波导器件传输并入射至人眼的投影光线所形成的投影光线也相对较小，为此需要在投影光线从波导元件中耦出的过程中进行扩瞳。目前对波导器件输出的投影光线进行扩瞳的方式有很多种，但最终获得的投影画面的投影效果却差强人意。

发明内容

本发明的目的是提供一种光波导器件以及光波导器件的制备方法，能够在实现光波导器件的投影光线扩瞳的基础上，提升投影画面的显示效果。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光波导器件，包括波导元件；用于将投影光线耦入所述波导元件内的耦入端；嵌入所述波导元件内部的体全息光栅阵列；

其中，所述体全息光栅阵列包括多个依次首尾相接的体全息光栅；各个所述体全息光栅依次对所述波导元件内的投影光线分别按照不同的比例进行部分透射和部分衍射；且每个所述体全息光栅衍射输出的光线从所述波导元件内耦出输出，透射输出的光线入射至相邻的下一个所述体全息光栅；相邻两个所述体全息光栅中对所述投影光线的衍射一个为透射衍射另一个为反射衍射。

可选地，各个所述体全息光栅对所述投影光线的衍射效率满足第i个体全息光栅对第i个角度区间内的投影光线衍射效率最高；i[1，n]；

其中，n个所述体全息光栅由所述投影光线在所述波导元件内全反射传输的方向依次排列；所述投影光线在耦入到所述波导元件内的角度范围划分为角度范围由第1个至第n个角度区间依次变化的n个角度区间。

可选地，所述波导元件包括第一波导元件和第二波导元件，且所述第一波导元件和所述第二波导元件之间设置有间隙；各个所述体全息光栅在所述间隙内一体成型。

可选地，各个所述体全息光栅为平面光栅，且在所述波导元件内呈锯齿状分布。

可选地，各个所述体全息光栅为横截面满足三角函数的曲线结构的曲面光栅。

可选地，各个所述体全息光栅的厚度为20nm~200um；所述体全息光栅阵列中所述体全息光栅的数量为4~15个。

可选地，所述波导元件的厚度为0.5mm~5mm。

可选地，所述体全息光栅阵列包括体全息光栅阵列一和体全息光栅阵列二；

所述体全息光栅阵列一中各个体全息光栅一的排布方向和所述体全息光栅阵列二中各个体全息光栅二的排布方向相互垂直；

所述体全息光栅阵列二位于每个所述体全息光栅一的衍射光线输出光路上，各个所述体全息光栅一分别衍射输出的光线均入射至所述体全息光栅阵列二，并经过每个所述体全息光栅二依次进行部分衍射和部分透射，且衍射输出的光线从所述波导元件耦出输出。

一种光波导器件的制备方法，应用于制备如上任一项所述的光波导器件，包括：

在所述波导元件内形成用于容纳所述体全息光栅阵列的间隙；

向所述间隙中填充液态聚合物；

利用第一激光和第二激光透过所述波导元件对所述液态聚合物进行照射曝光，形成所述体全息光栅。

可选地，在所述波导元件内形成用于容纳所述体全息光栅阵列的间隙，包括：

将所述波导元件的第一波导元件和第二波导元件相对的表面边缘设置具有预设厚度的垫片，以使所述第一波导元件和所述第二波导元件之间形成所述间隙。

本发明所提供的一种光波导器件以及一种光波导器件制备方法，该光波导器件包括波导元件；用于将投影光线耦入波导元件内的耦入端；嵌入波导元件内部的体全息光栅阵列；其中，体全息光栅阵列包括多个依次首尾相接的体全息光栅；各个体全息光栅依次对波导元件内的投影光线分别按照不同的比例进行部分透射和部分衍射；且每个体全息光栅衍射输出的光线从波导元件内耦出输出，透射输出的光线入射至相邻的下一个体全息光栅；相邻两个体全息光栅中对投影光线的衍射一个为透射衍射另一个为反射衍射。

本申请中在波导元件中嵌入体全息光栅阵列，且每个体全息光栅可以基于实际需要按照不同的比例也即是不同的衍射效率对入射过来的投影光线进行部分透射部分衍射，从而保证各个不同体全息光栅共同衍射输出的投影光线能够达到更好的投影效果；并且各个相邻体全息光栅之间首尾相接，从而在一定程度上避免人眼所接收到的投影光线形成的投影画面出现断层的问题，进一步地提升投影画面的显示效果，有利于光波导器件的广泛应用。

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为现有光波导器件的光路示意图；

图2为本申请实施例提供的光波导器件的一种光路结构示意图；

图3为本申请实施例提供的光波导器件的另一光路结构示意图；

图4为本申请实施例提供的光波导器件的又一光路结构示意图。

具体实施方式

参照图1，在光波导器件中对其进行扩瞳最常见的方式是在波导元件10的表面设置一个面积相对较大的耦出光栅12，当投影光线通过耦入元件11耦入波导元件10并进行全反射传输，直到入射至波导元件10贴合耦出光栅12的光学界面，并通过该光学界面产生部分衍射和部分反射，其中衍射光线耦出波导元件10，而反射光线则继续在波导元件10内全反射传导，直到该反射光线再次入射至波导元件10和耦出光栅12相贴合的光学界面，并再次在该光学界面进行部分反射和部分衍射，反射光线继续全反射传输，而衍射光线则耦出波导元件10，如此反复，最终使得投影光线经过耦出光栅12对应的光学界面上的不同位置多次衍射进而扩瞳输出，从而实现投影画面的扩瞳显示。

尽管上述方式能够实现投影光线的扩瞳输出，但并不能保证投影画面良好的显示效果；例如，耦出光栅12对投影光线进行了多次衍射，而每次衍射的衍射效率是固定的，假设该衍射效率是50%，那么耦出光栅12第一次将投影光线50%的光能量衍射输出，而第二次将剩余的光能量继续衍射输出50%的光能量，以此类推，耦出光栅12每次对入射的光线进行50%的衍射，显然这导致先经过耦出光栅12衍射输出的光线能量大，经过反射的次数越多的光线衍射输出光线能量越少，也就会造成投影画面的明暗不均匀的问题；还例如，投影光线耦入到波导元件10内的光线存在一定的扩散角，这也就使得入射到耦出光栅12的光线存在一定的扩散角，而耦出光栅12只能对一定角度范围内的光线具有较高的衍射效率，从而导致某些角度入射的光线无法很好的衍射输出，进而造成光能量损失。

基于上述论述，本申请提供了一种光波导器件，能够在实现投影光线的扩瞳输出的基础上，保证投影画面良好的显示效果。

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。

参照图2，图2为本申请实施例提供的光波导器件的结构示意图。

在本申请的一种具体实施例中，该光波导器件可以包括：

波导元件10；用于将投影光线耦入波导元件10内的耦入端；嵌入波导元件10内部的体全息光栅阵列20；

其中，体全息光栅阵列20包括多个依次首尾相接的体全息光栅21；各个体全息光栅21依次对波导元件10内的投影光线分别按照不同的比例进行部分透射和部分衍射；且每个体全息光栅21衍射输出的光线从波导元件10内耦出输出，透射输出的光线入射至相邻的下一个体全息光栅21；相邻两个体全息光栅21中对投影光线的衍射一个为透射衍射另一个为反射衍射。

在本实施例所提供的光波导器件中，在波导元件10内嵌入设置有体全息光栅阵列20，并利用该体全息光栅阵列20代替耦出光栅13，实现投影光线的扩瞳输出。

参照图2，在图2所示的实施例中，以带箭头的实线和带箭头的虚线分别表示两个不同角度耦入到波导元件内的投影光线，投影光线耦入到波导元件10内之后，在波导元件10内进行一次或多次全反射之后，即可入射至体全息光栅阵列20。

需要说明的是，本实施例中在波导元件10内体全息光栅阵列20的各个体全息光栅21依次排布的方向和投影光线在波导元件10内全反射传导的方向是相互平行的；那么投影光线在波导元件10内即可先入射至体全息光栅阵列20中的第一个体全息光栅21，此时投影光线发生部分透射和部分衍射。

其中，透射光线继续沿其原来的方向传输，又可以再次入射到体全息光栅阵列20中的第二个体全息光栅21，并经第二个体全息光栅21同样发生部分透射和部分衍射，而透射光线同样是沿其原方向传输，并再次入射到第三个体全息光栅21，依次类推，该投影光线即可依次经过各个体全息光栅21，并均产生部分衍射和部分透射，从而实现各个不同的体全息光栅21依次对投影光线进行部分衍射和部分透射。

并且，各个体全息光栅21分别对投影光线进行衍射而输出的衍射光线，因其不再满足全反射的条件，由此即可从波导元件10耦出输出；而体全息光栅阵列20中各个不同位置的体全息光栅21依次对投影光线进行衍射输出，也即可实现对投影光线的扩瞳输出。

在此基础上，因为体全息光栅阵列20中包含由多个体全息光栅21，对于每个体全息光栅21而言，其光栅周期、光栅矢量、可衍射的光线角度范围、光栅和波导元件表面之间的夹角等各项不同的光栅参数均可以独立设置，也即是说各个体全息光栅21的各项光栅参数可以各不相同；由此即可以根据实际需要对每一个体全息光栅21光栅参数，使得其满足各种不同的衍射需要，从而提升投影画面的显示效果。

例如，因为各个体全息光栅21的光栅参数可以各不相同，在本申请的一种可选地实施例中，可以设定平行于投影光线的全反射传导方向的各个体全息光栅21对投影光线的衍射效率逐渐增加，以体全息光栅21数量为5个为例，第一个至第五个体全息光栅21的衍射效率可以分别为20%、25%、33%、50%、100%，也就使得各个体全息光栅21分别进行衍射输出光线能量均占耦入波导元件10内的投影光线总能量的20%，也就保证了最终输出显示的投影画面明暗亮度均匀性良好。

还例如，考虑到对于波导元件10耦出的投影光线一般需要入射至人眼，但是人眼可接收到的投影光线的区间有限。参照图2，在图2所示的实施例中，通过合理设定各个体全息光栅21的光栅矢量，使得靠左侧的部分体全息光栅21对投影光线的衍射方向偏向于朝右的方向的视场区域，而靠近右侧的部分体全息光栅21对投影光线的衍射方向偏向于朝左方向的视场区域；总之，各个体全息光栅21对投影光线的衍射方向应当指向于人眼可视区域所在位置，从而使得衍射光线尽可能多的被人眼接收，提升投影画面的显示亮度。

在实际应用中要实现这一衍射效果，除了可以通过合理设定各个体全息光栅21的光栅矢量的方式来实现，还可以设定各个体全息光栅21和波导元件10表面所成的角度来实现。以各个体全息光栅21为平面光栅为例进行说明，可以设定沿投影光线在波导元件10内全反射的传导方向，各个体全息光栅21和波导元件10表面之间的夹角依次增加，如图2所示。

还例如，投影光线耦入到波导元件10内具有一定的扩散角，而对于体全息光栅21而言，其仅仅能够对一定角度区间范围内入射的光线进行高效率的衍射。为此，在本申请的一种可选地实施例中，设定该体全息光栅阵列20中一共包括n个体全息光栅21，对应的可以将投影光线耦入到波导元件10的角度范围划分为n个角度区间，而第1个至第n个角度区间的角度范围依次变化，且各个体全息光栅21对投影光线的衍射效率满足第i个体全息光栅21对第i个角度区间内的投影光线衍射效率最高；i[1，n]。

参照图2，在图2所示的实施例中，为了便于说明在波导元件10上设定一个参照方向，具体可以参考图2中带箭头的点划线箭头所指的方向，该参照方向垂直于波导元件10两个表面，且由波导元件10的一个表面指向另一个表面；并且设定投影光线耦入到波导元件10内的角度范围区间为[ϕ₀，ϕ]；此时若是体全息光栅阵列20中体全息光栅21的数量为n个，那么可以将投影光线的角度范围均匀划分为n个角度范围区间，并且第1个至第n个角度范围区间分别对应的角度范围依次减小；相对应的，第1个体全息光栅21的对光线的最佳衍射角度范围也就可以对应于第1个角度范围区间，也即是说第1个体全息光栅21对第1个角度范围区间的投影光线的衍射效率最高，而第2个体全息光栅21对应的光线的最佳衍射光线角度范围也就可以对应于第2个角度范围区间......，以此类推，第i个体全息光栅21的对光线的最佳衍射角度范围也就可以对应于第i个角度范围区间，也即第i个体全息光栅对第i个角度范围区间的投影光线的衍射效率最高。可以理解的是，第1个至第n个体全息光栅21是指体全息光栅阵列20中沿投影光线全反射传导的方向依次设置的n个体全息光栅21。

在图2所示的实施例中假设带箭头实线方向的投影光线对应的角度范围为第1个角度范围区间，对其衍射效率最高的体全息光栅为第一个体全息光栅，第一个体全息光栅对该带箭头实线光线被第一个体全息光栅向偏右的方向衍射，第一个体全息光栅对该光线衍射效率可以达到70%，但仍有部分光线透射后经过一次全反射后入射至第二个体全息光栅，并被在此衍射且衍射输出的方向偏右，此时光线大部分被衍射输出，剩余的光能量可以忽略不计。

而对于带箭头虚线方向的光线对应的角度范围为第n个角度范围区间，对其衍射效率最高的体全息光栅为最后一个体全息光栅，也即是第n个体全息光栅；该带箭头虚线方向的投影光线在波导元件内全反射传导，并依次经过各个体全息光栅透射后，入射至第n-1个体全息光栅，产生部分衍射和部分透射，透射光线入射至第n个体全息光栅被高效率衍射，衍射输出的光线向偏左的方向入射至人眼。

每个体全息光栅21分别用于负责主要对投影光线中的某一角度区间范围内的光线进行最大程度上的衍射输出，从而在保证投影光线扩瞳输出的基础上，进一步地保证该投影光线各个不同角度范围区间内的光线均能够最大程度上输出至人眼范围内，从而保证了投影光线能够尽可能的被人眼所接收，从而提升投影画面的亮度。

需要说明的是，上述实施例是以相邻的体全息光栅21对应的衍射效率最高的角度范围区间也是相邻的，但理论上而言，也可以是相邻的体全息光栅21对应的衍射效率最高的角度范围区间并不相邻，也就是说，第i个体全息光栅对应的衍射效率最高的角度范围区间可能是第j个角度范围区间，其中i和j均是属于[1，n]，并且i不等于j，只要最终第j个分别和第j-1个以及第j+1个角度范围区间的投影光线入射至人眼的成像区域相邻即可。

另外，每个角度范围区间的投影光线在入射至对应的衍射效率最高的体全息光栅之前，或多或少都需要经过波导元件进行几次全反射，可能是进行了一次全反射也可能是进行多次全反射，但为了保证投影光线的显示效果，应当保证每个角度范围区间的投影光线在入射至对应的衍射效率最高的体全息光栅之前，经过波导元件进行全反射的次数基本均相同。

基于上述论述，本申请中为了避免各个相邻的体全息光栅21之间存在间隙而导致经过体全息光栅阵列20衍射输出的投影画面出现断层的问题，本申请中进一步地将体全息光栅阵列20设置为各个相邻的体全息光栅21之间首尾相接的。可以理解的是，接收从波导元件10内衍射输出的投影光线的人眼是位移波导元件10的一侧，也即是说投影光线被各个体全息光栅21衍射需要从波导元件10的同一侧衍射输出。

参照图2，假设投影光线入射到第1个体全息光栅21是从该体全息光栅21朝向人眼的一侧入射，此时第1个体全息光栅21对投影光线需要进行反射衍射，使得产生的衍射光线能够向人眼所在位置衍射输出；而从第1个体全息光栅21衍射透射后入射至第2个体全息光栅21时，显然是从第2个体全息光栅21背离人眼所在位置的一侧入射，此时体全息光栅21需要对该投影光线进行透射衍射；以此类推，投影光线入射至第3个体全息光栅21时，又是从该第3个体全息光栅朝向人眼所在位置的表面入射，此时第3个体全息光栅21显然需要对投影光线进行反射衍射。由此该体全息光栅阵列20中的各个体全息光栅21应当是透射衍射光栅和反射衍射光栅交替设置，从而保证各个体全息光栅21均能对投影光线向波导元件10的同一侧进行衍射。

如前所述，本申请中的体全息光栅阵列20中的各个体全息光栅21可以均为平面光栅，如图2所示，各个体全息光栅21之间首尾相连，从而使得各个体全息光栅21在波导元件10内呈锯齿状分布。

但本申请中的体全息光栅21也并不仅限于平面光栅，还可以是曲面光栅。参照图3，在本申请的一种可选的实施例中，该体全息光栅21可以为横截面满足三角函数的曲面结构的曲面光栅，也能够实现本申请的技术方案。

当然，无论是曲面光栅还是平面光栅，各个相邻的体全息光栅21之间均保持首尾相接，且相邻体全息光,21之间一个为反射衍射光栅一个为透射衍射光栅。

进一步地，如上所述，为了满足各个体全息光栅21对投影光线的衍射方向都大致上指向人眼所在的视觉区间，对于平面光栅而言，沿投影光线全反射方向依次设置的各个体全息光栅21和波导元件10表面的夹角可以逐渐增加；那么对于横截面满足三角函数的曲面结构的曲面光栅而言，沿投影光线全反射方向依次设置的各个体全息光栅21，对应的波峰位置和波谷位置之间的连线分别和波导元件10表面的夹角逐渐增加。

当然，在实际应用中，还可以采用其他结构类型的曲面光栅，只要能够大致表示光栅走向的方向和波导元件10表面的夹角逐渐增大即可。

另外，对于各个体全息光栅21，其光栅厚度可以为20nm~200um，而体全息光栅21中的数量可以视波导元件10的尺寸大小而定，例如，该体全息光栅21的数量可以在4~15个。

此外，对于波导元件10可以采用厚度为0.5mm~5mm的波导。

基于上述实施例，本申请中进一步地考虑到，投影光线经过波导元件10耦出显示的投影画面多为二维画面，但显然，在体全息光栅阵列20仅仅包含一列光栅阵列的实施例而言，仅仅只能够满足投影画面的一维扩瞳，例如，投影画面本身就是一个狭长的画面，或者是某一方向的投影尺寸已经足够的大并不需要进行扩瞳等等。

为了满足光波导器件在某些需要进行二维扩瞳的场景下的应用，在本申请的另一可选地实施例中，该体全息光栅阵列20还可以进一步地包括：

体全息光栅阵列20包括体全息光栅阵列一201和体全息光栅阵列二202；

体全息光栅阵列一201中各个体全息光栅一2011的排布方向和体全息光栅阵列二2022中各个体全息光栅二2021的排布方向相互垂直；

体全息光栅阵列二202位于每个体全息光栅一2011的衍射光线输出光路上，各个体全息光栅一2011分别衍射输出的光线均入射至体全息光栅阵列二2021，并经过每个体全息光栅二2021依次进行部分衍射和部分透射，且衍射输出的光线从波导元件耦出输出。

在图4所示的实施例中，投影光线耦入到波导元件10内，先沿着和体全息光栅阵列一201排布方向平行的方向进行全反射传导，且首先入射到体全息光栅阵列一201中的第一个体全息光栅一2011，并经过该第一个体全息光栅一2011发生部分衍射和部分透射，透射的光线沿原方向不变入射至第二个体全息光栅一2011，并按照类似的方式依次经过第二个以及后续各个体全息光栅一2011进行部分衍射部分透射；并且经过各个体全息光栅一2011衍射输出的投影光线均首先入射到体全息光栅阵列二202中的第一个体全息光栅二2021，并均通过第一个体全息光栅二2021进行部分衍射部分透射，而透射光线则依次传导至第二个以及后续各个体全息光栅二2021，各个体全息光栅二2021分别对入射的投影光线进行衍射输出后即可从波导元件10耦出。

根据上述实施例可知，对于体全息光栅阵列20而言，每一列体全息光栅阵列20的排布方向即为对投影光线进行扩瞳的方向，本实施例中设置有体全息光栅阵列一201和体全息光栅阵列二202，且两个体全息光栅阵列20的排布方向相互垂直，由此即可实现对投影光线实现两个相互垂直方向的二维扩瞳。

可以理解的是，理论上而言，对于波导元件10内的两个体全息光栅阵列20的排布方向之间也并不必然是相互垂直的，也可以是呈其他夹角大小的，具体地，可以依据波导元件10的形状结构，以及实际的投影需求设定。此外体全息光栅阵列20的阵列数量也可以并不仅限于设置两列，在波导元件10内空间允许的条件下还可以设置更多列体全息光栅阵列20，从而实现投影光线的更多维扩瞳；而每一列体全息光栅阵列20对投影光线的衍射方式均和上述各个实施例中类似，对此不再详细介绍。

此外，在本申请的另一可选的实施例中，因嵌入波导元件10内的各个体全息光栅21之间首尾相接，由此，各个体全息光栅21之间可以一体成型。在此基础上，波导元件10可以包括第一波导元件和第二波导元件两部分，而第一波导元件和第二波导元件之间设置有容纳体全息光栅阵列20的间隙，从而使得第一波导元件和第二波导元件以及体全息光栅21形成一个内部嵌入有体全息光栅阵列20的波导元件10。

综上所述，本申请中通过在波导元件内设置包含由多个体全息光栅组成的体全息光栅阵列，使得投影光线可以依次经过各个体全息光栅而进行部分透射和部分衍射，并且衍射输出的光线从波导元件耦出输出而实现投影光线的扩瞳；在此基础上，因为各个体全息光栅的各种光栅参照可以独立设置，使得各个体全息光栅对投影光线的衍射效率各不相同而可以基于实际需要设定，从而保证投影画面的显示效果；且各个体全息光栅之间首尾相接，避免投影画面的断裂而进一步地保证投影画面的显示效果，有利于提升光波导器件的工作性能。

基于上述论述，对于需要嵌入到波导元件内部的体全息光栅而言，比较常规的做法是先制备形成体全息光栅阵列，并将波导元件分成两部分，并将体全息光栅的两个表面分别和波导元件的两部分进行粘接，尽管从整体结构上来看实现体全息光栅阵列嵌入波导元件的结构，但体全息光栅阵列和波导元件之间的胶层结构并不能保证厚度完全均匀，这使得体全息光栅阵列实际工作的光栅周期和制备形成的光栅周期之间存在偏差，也就使得光波导器件的制备精度受限。

为此，本申请中还进一步地提供了一种光波导器件的制备方法的实施例，该光波导器件的制备方法可以应用于制备如上任一项所述的光波导器件，该制备方法具体可以包括：

S1：在波导元件内形成用于容纳体全息光栅阵列的间隙；

S2：向间隙中填充液态聚合物；

S3：利用第一激光和第二激光透过波导元件对液态聚合物进行照射曝光，形成体全息光栅。

需要说明的是，对于本实施例中的波导元件，可以是一个一体成型的整体结构，而在其内部设置有容纳体全息光栅的间隙，可以理解的是，该间隙的形状应当和要求的体全息光栅阵列的形状结构完全相同，例如可以是锯齿状结构的间隙，也可以是横截面为满足三角函数的曲线结构的曲面间隙等等。

在实际制备形成该波导元件中的体全息光栅时，直接向该间隙内填充形成体全息光栅阵列的液态聚合物；该液态聚合物采用常规的用于制备体全息光栅的材料物质即可，对此本申请中不做过多的赘述。

在此基础上，因为波导元件是透光的，由此可以采用第一激光和第二激光分别透过波导元件对液态聚光物进行照射曝光，这一过程和常规技术中形成体全息光栅的过程以及原理相同，对此不再详细赘述，不同的是，本实施例中的第一激光和第二激光是透过波导元件照射液态聚光物的。

当然，本申请中波导元件也可以采用第一波导元件和第二波导元件两部分组成，而第一波导元件和第二波导元件之间留有一定间隙的相对设置，可以理解的是，第一波导元件和第二波导元件相对的两个表面应当和各个体全息光栅依次首尾相接所形成的体全息光栅阵列结构的两个表面面形是一致的，从而保证第一波导元件和第二波导元件之间的间隙可以是和体全息光栅阵列的结构形状一致。

为了保证第一波导元件和第二波导元件之间间隙厚度的稳定性，可以在第一波导元件和第二波导元件之间间隙的边缘位置设置预设厚度的垫片，该预设厚度应当和体全息光栅厚度一致。

在第一波导元件和第二波导元件之间间隙的边缘位置设置垫片之后，即可向该间隙内充入液态聚合物，并通过两束激光照射形成体全息光栅阵列。

在此基础上，为了保证体全息光栅结构的稳定性，还可以沿间隙的边缘设置一圈胶层，从而保证体全息光栅阵列良好的封闭于波导元件的内部。

基于上述论述可知，本实施例中无论波导元件是由两部分组成还是一体成型，均可以直接在波导元件的间隙中填充液态聚光物并接收激光照射而形成体全息光栅，无需借助于其他胶层结构实现体全息光栅和波导元件之间的粘接，在很大程度上保证了波导元件的光栅矢量的精准性，从而有利于提升制备形成的光波导器件的工作性能，简化光波导器件的制备难度。

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 (9)

1.一种光波导器件，其特征在于，包括波导元件；用于将投影光线耦入所述波导元件内的耦入端；嵌入所述波导元件内部的体全息光栅阵列；

其中，所述体全息光栅阵列包括多个依次首尾相接的体全息光栅；各个所述体全息光栅依次对所述波导元件内的投影光线分别按照不同的比例进行部分透射和部分衍射；且每个所述体全息光栅衍射输出的光线从所述波导元件内耦出输出，透射输出的光线入射至相邻的下一个所述体全息光栅；相邻两个所述体全息光栅中对所述投影光线的衍射一个为透射衍射另一个为反射衍射；

各个所述体全息光栅对所述投影光线的衍射效率满足第i个体全息光栅对第i个角度区间内的投影光线衍射效率最高；i∈[1，n]；

其中，n个所述体全息光栅由所述投影光线在所述波导元件内全反射传输的方向依次排列；所述投影光线在耦入到所述波导元件内的角度范围划分为角度范围由第1个至第n个角度区间依次变化的n个角度区间。

2.如权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述波导元件包括第一波导元件和第二波导元件，且所述第一波导元件和所述第二波导元件之间设置有间隙；各个所述体全息光栅在所述间隙内一体成型。

3.如权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，各个所述体全息光栅为平面光栅，且在所述波导元件内呈锯齿状分布。

4.如权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，各个所述体全息光栅为横截面满足三角函数的曲线结构的曲面光栅。

5.如权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，各个所述体全息光栅的厚度为20nm～200um；所述体全息光栅阵列中所述体全息光栅的数量为4～15个。

6.如权利要求1所述的光波导器件，其特征在于，所述波导元件的厚度为0.5mm～5mm。

7.如权利要求1至6任一项所述的光波导器件，其特征在于，所述体全息光栅阵列包括体全息光栅阵列一和体全息光栅阵列二；

所述体全息光栅阵列一中各个体全息光栅一的排布方向和所述体全息光栅阵列二中各个体全息光栅二的排布方向相互垂直；

所述体全息光栅阵列二位于每个所述体全息光栅一的衍射光线输出光路上，各个所述体全息光栅一分别衍射输出的光线均入射至所述体全息光栅阵列二，并经过每个所述体全息光栅二依次进行部分衍射和部分透射，且衍射输出的光线从所述波导元件耦出输出。

8.一种光波导器件的制备方法，其特征在于，应用于制备如权利要求1至7任一项所述的光波导器件，包括：

在所述波导元件内形成用于容纳所述体全息光栅阵列的间隙；

向所述间隙中填充液态聚合物；

利用第一激光和第二激光透过所述波导元件对所述液态聚合物进行照射曝光，形成所述体全息光栅。

9.如权利要求8所述的光波导器件的制备方法，其特征在于，所述波导元件包括第一波导元件和第二波导元件；

在所述波导元件内形成用于容纳所述体全息光栅阵列的间隙，包括：

将所述波导元件的第一波导元件和第二波导元件相对的表面边缘设置具有预设厚度的垫片，以使所述第一波导元件和所述第二波导元件之间形成所述间隙。

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