CN115453676B - 叉形二维光栅、二维衍射光波导和近眼显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供叉形二维光栅、二维衍射光波导和近眼显示设备，涉及衍射光学技术领域，包括间隔并阵列排布的若干第一基元和若干第二基元，其中，第二基元是对第一基元进行整体缩放后确定的；第一基元为交叉形结构；交叉形结构的边缘包括对称的若干直边；任一基元内包括若干四角锥形状的子单元，子单元由两个一维闪耀光栅以预设角度交叉形成。通过上述方式，本发明的叉形二维光栅包括大小尺寸不同的交叉形结构的基元，交叉形结构可以具有更好地降低外侧的漏光，并且可以通过两种基元的大小比例可以调整耦合效率；此外，基元中四角锥形状的子单元，还可以进一步降低光源传播中的侧漏光，提高能量利用率。

Description

叉形二维光栅、二维衍射光波导和近眼显示设备
技术领域
本发明涉及衍射光学技术领域，尤其涉及叉形二维光栅、二维衍射光波导和近眼显示设备。
背景技术
近年来，随着计算机科学的迅猛发展，基于近眼显示设备的虚拟现实（VirtualReality，VR）与增强现实（Augmented Reality，AR）等人机交互技术逐渐成为应用热点。根据交互方式的不同，VR近眼显示设备通过计算机生成一个虚拟环境，观察者可以观察、触摸虚拟环境中的事物并与之进行交互；而AR近眼显示设备生成的虚拟环境则叠加到现实世界中，观察者可以在看到虚拟环境的同时与现实世界进行交互，实现增强现实的目的，因此AR相对于VR具有更强的交互能力，在教育、医疗与军事等方面均表现出更具潜力的发展趋势。
目前市场上的AR眼镜采用的显示系统就是各种微型显示屏和棱镜、自由曲面、BirdBath、光波导等光学元件的组合，其中光学组合器的不同，是区分AR显示系统的关键部分。综合来看，光波导方案从光学效果、外观形态，和量产前景来说，都具备最好的发展潜力，可能会是让AR眼镜走向消费级的不二之选。
光波导中的主流——衍射光波导本质是一种利用衍射光栅镜片实现图像近眼显示的技术，它的产生和流行得益于光学元件从毫米级别到微纳米级别，从“立体”转向“平面”的技术进步趋势。但是常用的表面浮雕光栅存在衍射效率低下、视场角狭小和体积偏大等问题。
此外，衍射光波导技术又分为一维扩展和二维扩展。例如，微软的HoloLens第一代和第二代、MagicLeap One等的多款设备，均采用的是一维衍射光波导。二维衍射光波导可以通过合理的设计光栅结构实现出瞳的二维扩展，在二维衍射光波导中采用二维光栅进行双向扩瞳，可以充分利用光波导的有效面积，但是目前普遍二维衍射光波导相关技术的开发需要在材料方面突破瓶颈，以提升光学参数，因为市面上普通的二维光栅正反面耦出效率基本一致，存在漏光问题。
发明内容
本发明提供叉形二维光栅、二维衍射光波导和近眼显示设备，用以提高光栅的耦出效率，降低外侧的漏光。
本发明提供一种叉形二维光栅，包括间隔并阵列排布的若干第一基元和若干第二基元，其中，第二基元是对第一基元进行整体缩放后确定的；第一基元为交叉形结构；交叉形结构的边缘包括对称的若干直边；任一基元内包括若干四角锥形状的子单元，子单元由两个一维闪耀光栅以预设角度交叉形成。
根据本发明提供的一种叉形二维光栅，子单元为凸起结构或者凹槽结构。
根据本发明提供的一种叉形二维光栅，两个一维闪耀光栅包括第一闪耀光栅和第二闪耀光栅，第一闪耀光栅与垂直轴的夹角为第一夹角，第二闪耀光栅与垂直轴的夹角为第二夹角，第一夹角和第二夹角的相加之和为零。
根据本发明提供的一种叉形二维光栅，任一子单元包括一个顶点和四个底点，其中四个底点位于同一平面内，顶点不位于四个底点构成的平面内。
根据本发明提供的一种叉形二维光栅，四个底点包括第一底点，第二底点，第三底点和第四底点，其中顶点与每个底点的距离相等；第一底点与第二底点之间的距离、第三底点与第四底点之间的距离相等；第二底点与第三底点之间的距离、第四底点与第一底点之间的距离相等。
根据本发明提供的一种叉形二维光栅，第一底点与第二底点之间的距离、第二底点与第三底点之间的距离相等。
根据本发明提供的一种叉形二维光栅，第一基元包括十二条直边；在第一基元中，第一直边、第三直边、第五直边、第七直边、第九直边和第十一直边相互平行；第二直边、第四直边、第六直边、第八直边、第十直边和第十二直边平行；第二基元包括十二条直边；在第二基元中，第一直边、第三直边、第五直边、第七直边、第九直边和第十一直边平行；第二直边、第四直边、第六直边、第八直边、第十直边和第十二直边平行其中第一基元的第一边、第二基元的第一边和第二闪耀光栅平行；第一基元的第 边、第二基元的第二边和第一闪耀光栅平行。
根据本发明提供的一种叉形二维光栅，在第一基元中，第一直边、第四直边、第七直边和第十直边的长度相等；第二直边、第三直边、第五直边、第六直边、第八直边、第九直边、第十一直边和第十二直边的长度相等；在第二基元中，第一直边、第四直边、第七直边和第十直边的长度相等；第二直边、第三直边、第五直边、第六直边、第八直边、第九直边、第十一直边和第十二直边的长度相等；其中，第一基元的第一直边的长度大于第二基元的第一直边的长度；第一基元的第二直边的长度大于第二基元的第二直边的长度。
本发明还提供一种二维衍射光波导，包括波导基底以及设置于波导基底表面的一维耦入光栅和上述的叉形二维光栅；其中，一维耦入光栅用于将携带有图像信息的入射光线耦入到波导基底中；叉形二维光栅用于将来自一维耦入光栅并在波导基底内以全反射方式传导的衍射光沿两个方向衍射扩展，以耦出到人眼成像。
本发明还提供一种近眼显示设备，包括微显示器和上述的二维衍射光波导；微显示器输出携带有图像信息的入射光线。
本发明提供叉形二维光栅、二维衍射光波导和近眼显示设备，包括间隔并阵列排布的若干第一基元和若干第二基元，其中，第二基元是对第一基元进行整体缩放后确定的；第一基元为交叉形结构；交叉形结构的边缘包括对称的若干直边；任一基元内包括若干四角锥形状的子单元，子单元由两个一维闪耀光栅以预设角度交叉形成。通过上述方式，本发明的叉形二维光栅包括大小尺寸不同的交叉形结构的基元，交叉形结构可以具有更好地降低外侧的漏光，并且可以通过两种基元的大小比例可以调整耦合效率；此外，基元中四角锥形状的子单元，还可以进一步降低光源传播中的侧漏光，提高能量利用率，实现高效的二维扩瞳衍射。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明叉形二维光栅一实施例的结构示意图；
图2是本发明叉形二维光栅中两个闪耀光栅一实施例的示意图；
图3是本发明闪耀光栅一实施例的截面结构示意图；
图4是本发明叉形二维光栅中子单元一实施例的结构示意图；
图5是本发明二维衍射光波导一实施例的俯视结构示意图；
图6是本发明二维衍射光波导一实施例的侧视结构示意图；
图7是本发明二维衍射光波导仿真一实施例的耦出效率与可见光波长的关系示意图；
图8是本发明二维衍射光波导仿真一实施例的耦出效率与入射角度的关系示意图；
图9是本发明二维衍射光波导仿真一实施例的视场角与折射率的关系示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
本发明提供一种叉形二维光栅，请参阅图1，图1是本发明叉形二维光栅一实施例的结构示意图。在本实施例中，叉形二维光栅可以包括间隔并阵列排布的第一基元10和第二基元20。
其中，第二基元20是对第一基元10进行整体缩放后确定的；第一基元10为交叉形结构；交叉形结构的边缘包括对称的若干直边；任一基元内包括若干四角锥形状的子单元，子单元由两个一维闪耀光栅以预设角度交叉形成。
第二基元20和第一基元10的形状相同、尺寸大小不同。在同一方向上，相邻的第二基元20之间的距离相等，相邻的第一基元10之间的距离相等，相邻的第一基元10和第二基元20之间的距离也相等。
可选地，在同一方向上，若干第二基元20和若干第一基元10的图形中心可以连成直线，需要说明的是，本实施例中的方向可以包括水平方向、垂直方向、沿第一闪耀光栅方向和沿第二闪耀光栅方向。
交叉二维光栅设置有形状相同、大小不同的第一基元和第二基元，可以自由的改变基元大小，从而调整耦出效率，并且由于它的特殊的交叉型结构，可以降低外侧的漏光，提高了隐私性。
构成子单元的两个一维闪耀光栅包括第一闪耀光栅B1和第二闪耀光栅B2，第一闪耀光栅B1与垂直轴的夹角为第一夹角a，第二闪耀光栅与垂直轴的夹角为第二夹角b，第一夹角a和第二夹角b的相加之和为零。
需要说明是的，本实施例中的角度值存在负数，其中，正角度是指从垂直轴到水平轴的顺时针获得的角度，负角度是指从垂直轴到水平轴的逆时针获得的角度。因此，可以理解为，第一夹角a为负角度，第二夹角b为正角度；第一夹角a和第二夹角b的数值相同，符号不同，因此第一夹角a和第二夹角b的相加之和为零。
可选地，第一夹角a的范围为-10°至-75°，第二夹角b的范围为10°至75°。优选地，第一夹角a的范围为-30°至-60°；第二夹角b的范围为30°至60°。
当光栅刻划成锯齿形的线槽断面时，光栅的光能量便集中在预定的方向上，即某一光谱级上。从这个方向探测时，光谱的强度最大，这种现象称为闪耀（blaze），这种光栅称为闪耀光栅（blazed grating）。
在这样刻成的闪耀光栅中，起衍射作用的槽面是个光滑的平面，它与光栅的表面一夹角，称为闪耀角（blaze angle）。最大光强度所对应的波长，称为闪耀波长（blazewavelength）。通过闪耀角的设计，可以使光栅适用于某一特定波段的某一级光谱。
闪耀光栅是设计的一种在特定衍射级别产生最大衍射效率的特定的反射或者投射衍射光栅结构。在设计的衍射级别上光功率占大多数，同时在其他级别（尤其是零级）光功率的损失最小。在本实施例中使用两个一维闪耀光栅以预设角度交叉形成子单元。其中，预设角度可以理解是第一夹角a的绝对值和第二夹角b的绝对值之和。
此外，本实施例中的闪耀光栅可以是超表面光栅，请参阅图2，图2是本发明叉形二维光栅中两个闪耀光栅一实施例的示意图。
每个闪耀光栅中都包括宽度不同的两个条状单元，条状单元可以为横截面为三角形的微纳米结构，不同宽度的两个条状单元可以具有相同的高度。
请参阅图3，图3是本发明闪耀光栅一实施例的截面结构示意图。
可选地，闪耀光栅中小锯齿结构的宽度d2在10nm到500nm之间，闪耀光栅中大锯齿结构的宽度d1在80nm到1000nm之间。小锯齿结构的高度和大锯齿结构的高度h大致相同，高度h在10nm到500nm之间。继续参阅图2，宽度较小的两个条状单元之间的耦合可以形成第二基元20，宽度较大的两个条状单元之间的耦合可以形成第一基元10，宽度不同的两个条状单元与之间的耦合可以忽略。
任一基元内包括若干四角锥形状的子单元，在一些实施例中，任一子单元可以包括一个顶点和四个底点，请参阅图4，图4是本发明叉形二维光栅中子单元一实施例的结构示意图。
由于一维闪耀光栅是具有锯齿状的结构，因此由两个一维闪耀光栅交叉形成的子单元为四角锥形状。
可选地，子单元为凸起结构或者凹槽结构。叉形二维光栅可以设置在基底的表面，其中，但子单元为凸起结构时，四个底点设置在基底的表面；当子单元为凹槽结构时，顶点设置在基底的表面。
其中，凸起结构可以为微小的脊、微观的突起；凹槽结构可以是微小的凹槽或者微观的凹陷。
具体地，子单元的四角锥结构可以包括顶点P、第一底点A，第二底点B，第三底点C和第四底点D。其中四个底点位于同一平面ABCD内，顶点P不位于四个底点构成的平面ABCD内。
可选地，其中顶点P与每个底点的距离相等，即AP=BP=CP=DP。
可选地，第一底点与第二底点之间的距离、第三底点与第四底点之间的距离相等；第二底点与第三底点之间的距离、第四底点与第一底点之间的距离相等，即AB=CD，BC=AD，四个底点构成一个平行四边形。
可选地，第一底点与第二底点之间的距离、第二底点与第三底点之间的距离相等，即AB=BC，此时四个底点构成一个菱形。
继续参阅图2，可选地，第一基元包括十二条直边。其中，第一直边11、第三直边13、第五直边15、第七直边17、第九直边19和第十一直边1B相互平行；第二直边12、第四直边14、第六直边16、第八直边18、第十直边1A和第十二直边1C相互平行。
进一步地，在第一基元10中，第一直边11、第四直边14、第七直边17和第十直边1A的长度相等；第二直边12、第三直边13、第五直边15、第六直边16、第八直边18、第九直边19、第十一直边1B和第十二直边1C的长度相等。
在一些实施例中的叉形二维光栅中，第二基元20可以包括十二条直边。继续参阅图2，在第二基元20中，第一直边21、第三直边23、第五直边25、第七直边27、第九直边29和第十一直边2B相互平行；第二直边22、第四直边24、第六直边26、第八直边28、第十直边2A和第十二直边2C相互平行。
进一步地，在第二基元20中，第一直边21、第四直边24、第七直边27和第十直边2A的长度相等；第二直边22、第三直边23、第五直边25、第六直边26、第八直边28、第九直边29、第十一直边2B和第十二直边2C的长度相等。
其中，第一基元10的第一直边11和第二基元20的第一直边21平行；第一基元10的第一直边11的长度大于第二基元20的第一直边21的长度；第一基元10的第二直边12的长度大于第二基元20的第二直边22的长度。
具体地，第一基元10的第一直边11、第三直边13、第五直边15、第七直边17、第九直边19、第十一直边1B和第二基元20的第一直边21、第三直边23、第五直边25、第七直边27、第九直边29、第十一直边2B平行。
第一基元10的第二直边12、第四直边14、第六直边16、第八直边18、第十直边1A、第十二直边1C和第二基元20的第二直边22、第四直边24、第六直边26、第八直边28、第十直边2A、第十二直边2C平行。
其中第一基元10的第一边11、第二基元20的第一边21和第二闪耀光栅B2平行；第一基元10的第二边12、第二基元20的第二边22和第一闪耀光栅B1平行。
可选地，在第一基元10中，第十一直边1B和第十二直边1C之间的夹角以及第五直边15和第六直边16之间的夹角相同，为30°~90°；第二直边12和第三直边13之间的夹角以及第八直边18和第九直边19之间的夹角相同，为90°~150°。
优选地，在第一基元10中，第十一直边1B和第十二直边1C之间的夹角以及第五直边15和第六直边16之间的夹角为60°；第二直边12和第三直边13之间的夹角以及第八直边18和第九直边19之间的夹角为120°。
即，在第二基元20中，第十一直边2B和第十二直边2C之间的夹角以及第五直边25和第六直边26之间的夹角相同，为30°~90°；第二直边22和第三直边23之间的夹角以及第八直边28和第九直边29之间的夹角相同，为90°~150°。
即在第二基元20中，第十一直边2B和第十二直边2C之间的夹角以及第五直边25和第六直边26之间的夹角为60°；第二直边22和第三直边23之间的夹角以及第八直边28和第九直边29之间的夹角为120°。
叉形二维光栅可以采用在可见光波段具有高透射率的材料，例如，折射率大于1.5的氧化硅，氮化硅，氮化镓，二氧化钛等。
本发明还提供一种二维衍射光波导，请参阅图5-6，图5是本发明二维衍射光波导一实施例的俯视结构示意图，图6是本发明二维衍射光波导一实施例的侧视结构示意图。在实施例中，二维衍射光波导包括波导基底30以及设置于波导基底表面的一维耦入光栅40和上述的叉形二维光栅50。
其中，一维耦入光栅40用于将携带有图像信息的入射光线耦入到波导基底30中，叉形二维光栅50用于将来自一维耦入光栅40并在波导基底30内以全反射方式传导的衍射光沿两个方向衍射扩展，以耦出到人眼成像。
其中，一维耦入光栅40可以是任意的高效率光栅，波导基底30是透光基底，例如材料是玻璃。玻璃材质的折射率较高，有利于实现内部光线的全反射，从而有利于将自一维耦入光栅40进入的光搬运至叉形二维光栅50。
可选地，一维耦入光栅40和叉形二维光栅50可以看作是对沉积形成在波导基底30上的高折射率材料薄膜进行光刻成型。
叉形二维光栅50包括间隔并阵列排布的若干第一基元和若干第二基元，其中，第二基元是对第一基元进行整体缩放后确定的，因此通过改变第一基元和第二基元的大小和比例，可以调整叉形二维光栅的耦出效率；此外，任一基元内包括若干四角锥形状的子单元，子单元可以看作是由两个一维闪耀光栅以预设角度交叉形成；由于闪耀光栅的特性，可以使得光栅的光能量便集中在预定的方向上，因此通过调整子单元的结构，就可以降低光源传播中的侧漏光，提高能量利用率的同时，也提高了隐私性。
在一些实施例中，耦入到二维衍射光波导的入射光线的波长范围为450nm~650nm。
在一些实施例中，耦入二维衍射光波导的入射光线的入射角度为40°~70°。
如图6所示，T1是耦出进人眼的像源光，R1是外侧的泄露光，R是继续进行全反射的光，并且相对均匀。
对本实施例的二维衍射光波导进行仿真，请参阅图7~图9，图7是本发明二维衍射光波导仿真一实施例的耦出效率与可见光波长的关系示意图，图8是本发明二维衍射光波导仿真一实施例的耦出效率与入射角度的关系示意图，图9是本发明二维衍射光波导仿真一实施例的视场角与折射率的关系示意图。
如图7所示，在可见光450nm到650nm之间，T1远大于R1，在红光和蓝光波段甚至泄露光比像源光小一个数量级。
如图8所示，在耦入光的角度为40°到70°的范围内，可以很明显的看出R1更小，泄露光降低。
如图9所示，本实施例的二维衍射光波导随着折射率的增大视场角逐渐增大。其中，图9中纵坐标FOV表示视场角。
本发明还提供一种近眼显示设备，包括微显示器和上述的二维衍射光波导；微显示器输出携带有图像信息的入射光线。在此不多赘述，具体可参阅上述实施例。
近眼显示设备可以包括头戴式设备，例如增强现实眼镜和增强现实头盔中的一种。
本发明提供叉形二维光栅、二维衍射光波导和近眼显示设备，包括间隔并阵列排布的若干第一基元和若干第二基元，其中，第二基元是对第一基元进行整体缩放后确定的；第一基元为交叉形结构；交叉形结构的边缘包括对称的若干直边；任一基元内包括若干四角锥形状的子单元，子单元由两个一维闪耀光栅以预设角度交叉形成。通过上述方式，本发明的叉形二维光栅包括大小尺寸不同的交叉形结构的基元，交叉形结构可以具有更好地降低外侧的漏光，并且可以通过两种基元的大小比例可以调整耦合效率；此外，基元中四角锥形状的子单元，还可以进一步降低光源传播中的侧漏光，提高能量利用率。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种叉形二维光栅，其特征在于，包括间隔并阵列排布的若干第一基元和若干第二基元，其中，所述第二基元是对所述第一基元进行整体缩放后确定的；所述第一基元为交叉形结构；所述交叉形结构的边缘包括对称的若干直边；
任一基元内包括若干四角锥形状的子单元，所述子单元由两个一维闪耀光栅以预设角度交叉形成；
其中，所述闪耀光栅包括小锯齿结构和大锯齿结构，其中所述小锯齿结构和所述大锯齿结构的高度相同，所述小锯齿结构和所述大锯齿结构的高度取值范围为10nm到500nm之间；所述小锯齿结构的宽度取值范围为10nm到500nm之间；所述大锯齿结构的宽度取值范围为80nm到1000nm之间；
其中，所述两个一维闪耀光栅包括第一闪耀光栅和第二闪耀光栅，所述第一闪耀光栅与垂直轴的夹角为第一夹角，所述第二闪耀光栅与所述垂直轴的夹角为第二夹角，所述第一夹角和所述第二夹角的相加之和为零；所述第一夹角的范围为-30°至-60°，所述第二夹角的范围为30°至60°；
在同一方向上，相邻的第二基元之间的距离相等，相邻的第一基元之间的距离相等，相邻的第一基元和第二基元的距离也相等；在同一方向上，若干第二基元和若干第一基元的图形中心连成直线；其中，方向包括水平方向、垂直方向、沿第一闪耀光栅方向和沿第二闪耀光栅方向；
其中，所述第一基元包括十二条直边；在所述第一基元中，第一直边、第三直边、第五直边、第七直边、第九直边和第十一直边相互平行；第二直边、第四直边、第六直边、第八直边、第十直边和第十二直边平行；
所述第二基元包括十二条直边；在所述第二基元中，第一直边、第三直边、第五直边、第七直边、第九直边和第十一直边平行；第二直边、第四直边、第六直边、第八直边、第十直边和第十二直边平行；
在所述第一基元中，所述第一直边、所述第四直边、所述第七直边和所述第十直边的长度相等；所述第二直边、所述第三直边、所述第五直边、所述第六直边、所述第八直边、所述第九直边、所述第十一直边和所述第十二直边的长度相等；
在所述第二基元中，所述第一直边、所述第四直边、所述第七直边和所述第十直边的长度相等；所述第二直边、所述第三直边、所述第五直边、所述第六直边、所述第八直边、所述第九直边、所述第十一直边和所述第十二直边的长度相等；
其中，所述第一基元的第一直边的长度大于所述第二基元的第一直边的长度；所述第一基元的第二直边的长度大于所述第二基元的第二直边的长度；其中所述第一基元的第一边、所述第二基元的第一边和所述第二闪耀光栅平行；所述第一基元的第二边、所述第二基元的第二边和所述第一闪耀光栅平行。
2.根据权利要求1所述的叉形二维光栅，其特征在于，所述子单元为凸起结构或者凹槽结构。
3.根据权利要求1所述的叉形二维光栅，其特征在于，
任一子单元包括一个顶点和四个底点，其中所述四个底点位于同一平面内，所述顶点不位于所述四个底点构成的平面内。
4.根据权利要求3所述的叉形二维光栅，其特征在于，
所述四个底点包括第一底点，第二底点，第三底点和第四底点，其中所述顶点与每个底点的距离相等；
所述第一底点与所述第二底点之间的距离、所述第三底点与所述第四底点之间的距离相等；所述第二底点与所述第三底点之间的距离、所述第四底点与所述第一底点之间的距离相等。
5.根据权利要求4所述的叉形二维光栅，其特征在于，
所述第一底点与所述第二底点之间的距离、所述第二底点与所述第三底点之间的距离相等。
6.一种二维衍射光波导，其特征在于，包括：波导基底以及设置于所述波导基底表面的一维耦入光栅和如权利要求1-5任一项所述的叉形二维光栅；
其中，所述一维耦入光栅用于将携带有图像信息的入射光线耦入到波导基底中；所述叉形二维光栅用于将来自所述一维耦入光栅并在所述波导基底内以全反射方式传导的衍射光沿两个方向衍射扩展，以耦出到人眼成像。
7.一种近眼显示设备，其特征在于，包括微显示器和如权利要求6所述的二维衍射光波导；所述微显示器输出携带有图像信息的入射光线。
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