CN115755256B - 二维超构光栅、二维超构光波导和近眼显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的二维超构光栅、二维超构光波导和近眼显示装置，涉及光波导技术领域，包括若干相同且阵列排布的光学结构；任一光学结构包括相交设置的第一光栅和第二光栅，任一光栅包括第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构；其中三个单元结构具有不同的旋转方向使得经过任一光栅的光实现0到2π的相位变化；第一单元结构与第二单元结构的夹角为第一夹角，第三单元结构与第二单元结构的夹角为第二夹角，第一夹角与第二夹角之和为零。本发明将超表面的PB相位和界面突变相位运用到光波导上，使得衍射光以非常低的衍射效率耦出波导成像，从而更多的光能量在波导内出瞳扩展，使得波导出瞳均匀性更好且同时降低波导的漏光。

Description

二维超构光栅、二维超构光波导和近眼显示装置

技术领域

本发明涉及光波导技术领域，尤其涉及二维超构光栅、二维超构光波导和近眼显示装置。

背景技术

增强现实（Augmented Reality，AR）技术是一种将计算机生成的虚拟信息与现实世界相互融合的技术。以AR眼镜为代表的AR近眼显示装置，通过一系列光学成像元件将微显示器的画面传递到人眼，且其透视特性使得现实景物同时映入人眼，现实体验感被极大增强。目前比较成熟的光学成像方案主要包括棱镜、自由曲面、离轴全息透镜、阵列波导、体全息光栅波导和衍射光栅波导等。

其中，衍射光栅波导主要利用光刻技术在波导表面制作表面浮雕光栅来实现图像的耦入和耦出，视场角大，波导重量轻，且其工艺过程与半导体行业成熟的制造技术兼容，批量生产良率高。因此，衍射光栅波导是一种备受青睐的AR显示光学成像方案，然而，衍射光栅波导方案目前仍然存在很多挑战，如提高出瞳均匀性和能量利用率等就是急需解决的问题。

发明内容

本发明提供二维超构光栅、二维超构光波导和近眼显示装置，用以解决现有技术中出瞳均匀差、能量利用率低的问题。

本发明提供一种二维超构光栅，包括若干相同的光学结构，其中，若干光学结构阵列排布；任一光学结构包括相交设置的第一光栅和第二光栅，第一光栅和第二光栅中的任一光栅包括第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构；其中，第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构具有不同的旋转方向以使得经过任一光栅的光实现0到2π的相位变化；其中，第一单元结构与第二单元结构的夹角为第一夹角，第三单元结构与第二单元结构的夹角为第二夹角，第一夹角和第二夹角之和为零。

根据本发明提供的一种二维超构光栅，在任一光栅内，第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构之间为间隔分布；或者，在任一光栅内，第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构之间为连续分布。

根据本发明提供的一种二维超构光栅，第一夹角的取值范围为-90°~0°，第二夹角的取值范围为0°~90°。

根据本发明提供的一种二维超构光栅，在第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构中，任一单元结构的长度取值范围为10nm~1μm，任一单元结构的宽度取值范围为10nm~1μm，任一单元结构的高度取值范围为5nm~1μm。

根据本发明提供的一种二维超构光栅，在任一光栅内，第一单元结构的长度、第二单元结构的长度和第三单元结构的长度都相同，第一单元结构的宽度、第二单元结构的宽度和第三单元结构的宽度都相同，第一单元结构的高度、第二单元结构的高度和第三单元结构的高度都相同。

根据本发明提供的一种二维超构光栅，在任一光栅内，第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构中的至少一个的长度不相同；或者，第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构中的至少一个的宽度不相同。

根据本发明提供的一种二维超构光栅，不同的光栅的第一单元结构的尺寸相同，不同的光栅的第二单元结构的尺寸相同，且不同的光栅的第三单元结构的尺寸相同。

根据本发明提供的一种二维超构光栅，不同的光栅的第一单元结构的尺寸不相同；或者，不同的光栅的第二单元结构的尺寸不相同；或者，不同的光栅的第三单元结构的尺寸不相同。

根据本发明提供的一种二维超构光栅，第一单元结构的中心与第二单元结构的中心之间的距离为第一距离，第三单元结构的中心与第二单元结构的中心之间的距离为第二距离，第一距离和第二距离相等，第一距离的取值范围和第二距离的取值范围均为0~1μm。

本发明还提供一种二维超构光波导，包括：波导基底、耦入光栅和上述的二维超构光栅，耦入光栅和二维超构光栅设置于波导基底表面；其中，耦入光栅用于将携带有图像信息的图像光线耦入到波导基底中；二维超构光栅用于将在波导基底内传导的图像光线耦出。

本发明还提供一种近眼显示装置，包括微显示器和上述的二维超构光栅；微显示器用于输出图像光线。

本发明提供的二维超构光栅、二维超构光波导和近眼显示装置，二维超构光栅包括若干相同的光学结构，其中，若干光学结构阵列排布；任一光学结构包括相交设置的第一光栅和第二光栅，任一光栅包括第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构；其中，第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构具有不同的旋转方向以使得经过任一光栅的光实现0到2π的相位变化；第一单元结构与第二单元结构的夹角为第一夹角，第三单元结构与第二单元结构的夹角为第二夹角，第一夹角与第二夹角之和为零。本发明将超表面的PB相位和界面突变相位运用到光波导上，使得衍射光以非常低的衍射效率耦出波导成像，从而更多的光能量在波导内出瞳扩展，使得波导出瞳均匀性更好且同时降低衍射波导的漏光。

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是本发明二维超构光栅一实施例的结构示意图；

图2是本发明光栅一实施例的结构示意图；

图3是本发明图1中二维超构光栅的出瞳扩展示意图；

图4是本发明图1中二维超构光栅的直接出射级次的衍射效率随入射角的变化示意图；

图5是本发明二维超构光栅另一实施例的结构示意图；

图6是本发明图5中二维超构光栅的出瞳扩展示意图；

图7是本发明图5中二维超构光栅的直接耦出级次的衍射效率随入射角的变化示意图；

图8是本发明二维超构光栅又一实施例的结构示意图；

图9是本发明图8中二维超构光栅的出瞳扩展示意图；

图10是本发明图8中二维超构光栅的直接耦出级次的衍射效率随入射角的变化示意图；

图11是本发明二维超构光波导一实施例的结构示意图。

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。

本发明提供一种二维超构光栅，请参阅图1，图1是本发明二维超构光栅一实施例的结构示意图。在本实施例中，二维超构光栅包括若干相同的光学结构10，其中，若干光学结构阵列排布；任一光学结构10包括相交设置的第一光栅和第二光栅。

在一些实施例中，若干光学结构10所构成的阵列包括多行，在每一行上分布的光学结构10的数量可以相等，也可以不相等；任意相邻的两行上的光学结构10交错分布。

同一行的光学结构10之间的距离可以相等，每一行光学结构之间的距离也可以相等。可选地，光学结构10在水平方向和垂直方向的周期取值范围分别为200nm~2μm。

请参阅图2，图2是本发明光栅一实施例的结构示意图。第一光栅和第二光栅中的任一光栅包括第一单元结构P1、第二单元结构P2和第三单元结构P3。

其中，第一单元结构P1、第二单元结构P2和第三单元结构P3具有不同的旋转方向以使得经过任一光栅的光实现0到2π的相位变化。

其中，第一单元结构P1与第二单元结构P2的夹角为第一夹角（图未示），第三单元结构P3与第二单元结构P2的夹角为第二夹角（图未示），第一夹角与第二夹角之和为零。

需要说明的是，本实施例以第二单元结构P2的中心为坐标轴原点，以第二单元结构P2的长轴延伸方向作为坐标轴中的x轴，以第二单元结构P2的短轴延伸方向作为坐标轴中的y轴。

其中，第一夹角是以第一单元结构P1的中心为顶点，以第一单元结构P1的中心和第二单元结构P2的中心之间的连线为起始，逆时针方向旋转而得到的，第一夹角在坐标轴的第二象限；第二夹角是以第三单元结构P3的中心坐标轴中心为顶点，以第三单元结构P3的中心和第二单元结构P2的中心之间的连线为起始，顺时针方向旋转而得到的，第二夹角在坐标轴的第一象限。

由于第一夹角是在第二象限，因此第一夹角的取值范围设定为负数，即-90°~0°；由于第二夹角是在第一象限，因此第二夹角的取值范围设定为正数，即0°~90°。在本实施例中，第一夹角和第二夹角的数值相同，符号相反，因此第一夹角和第二夹角之和为零。

本实施例将超表面的PB（Pancharatnam-Berry）相位运用到二维超构光栅上，不同旋转方向的单元结构以相同的间隔角度旋转以引起相位变化，从而实现一个周期内0到2π的相位覆盖。这些不同旋转方向的单元结构组合在一起形成了一个覆盖0到2π相位，周期为p的光栅，其衍射行为由广义斯涅耳公式表示：

（折射）

（反射）

其中，和是入射和透射区域的介质折射率，、和是入射角、反射角和 透射角，是入射波长，是相位变化。

左旋圆偏光（）和右旋圆偏光（）入射到PB相位结构上，输出态为：

其中，θ是单元结构的旋转角度，是出射光。

这表示旋转角度为θ的PB相位结构将入射光的偏振翻转并引入一个与入射光旋向 和位置相关的附加相位。

可选地，第一单元结构P1的旋转角度的取值范围为-90°~0°，第三单元结构P3的 旋转角度的取值范围为0°~90°。

如图2所示，在第二单元结构P2沿水平x轴方向延伸的情况下，第一单元结构P1的 旋转角度可以看作是以第一单元结构P1的中心为顶点，以坐标轴中+y轴为起始，顺时针 方向旋转而得到的。第一单元结构P1的旋转角度在第二象限，因此取值范围为-90°~0°。

第三单元结构P3的旋转角度可以看作是以第三单元结构P3的中心为顶点，以坐 标轴中+y轴为起始，逆时针方向旋转而得到的，第三单元结构P3的旋转角度在第一象限， 因此取值范围为0°~90°。

需要说明的是，第一单元结构P1的旋转角度的绝对值和第一夹角的绝对值互 余；第三单元结构P3的旋转角度和第二夹角互余；因此第一单元结构P1的旋转角度和 第三单元结构P3的旋转角度之和也为零。

需要说明的是，光栅可以看作是一维光栅，二维超构光栅可以看作是两个一维的光栅以预设角度相交排布而成的。其中，预设角度可以为0°~90°，优选地，预设角度为60°。

可选地，在任一光栅内，第一单元结构P1、第二单元结构P2和第三单元结构P3之间为间隔分布；或者，在任一光栅内，第一单元结构P1、第二单元结构P2和第三单元结构P3之间为连续分布。如图1和图2所示，光栅内第一单元结构P1、第二单元结构P2和第三单元结构P3之间为间隔分布。

继续参阅图2，第一单元结构P1的中心与第二单元结构P2的中心之间的距离为第一距离d1，第三单元结构P3的中心与第二单元结构P2的中心之间的距离为第二距离d2，第一距离d1和第二距离d2相等，第一距离d1的取值范围和第二距离d2的取值范围均为0~1μm。

在一些实施例中，在第一单元结构P1、第二单元结构P2和第三单元结构P3中，任一单元结构的长度取值范围为10nm~1μm，任一单元结构的宽度取值范围为10nm~1μm，任一单元结构的高度取值范围为5nm~1μm。

综上，本实施例提供一种二维超构光栅，包括若干相同且阵列排布的光学结构；任一光学结构包括相交设置的第一光栅和第二光栅，任一光栅包括第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构；第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构具有不同的旋转方向使得经过任一光栅的光实现0到2π的相位变化；第一单元结构与第二单元结构的夹角为第一夹角，第三单元结构与第二单元结构的夹角为第二夹角，第一夹角与第二夹角之和为零。本发明将超表面的PB相位和界面突变相位运用到光波导上，使得衍射光以非常低的衍射效率耦出波导成像，从而更多的光能量在波导内出瞳扩展，使得波导出瞳均匀性更好且同时降低波导的漏光。

请参阅图3-图4，图3是本发明图1中二维超构光栅的出瞳扩展示意图；图4是本发明图1中二维超构光栅的直接出射级次的衍射效率随入射角的变化示意图。

由图3图可知，二维超构光栅可将入射光主要沿三个方向扩展，包括（0,0），（-1,1）和（1,1）三个衍射级次，三个衍射级次的效率分别为99%，0.16%和0.18%，表明衍射光可以有效地沿水平和垂直方向扩展。另外，还有两个衍射级次的光，分别为（0,2）反射级次和（0,2）透射级次，分别垂直于光栅所在平面反射和透射。

由图4可看出，随入射角变化，（0,2）反射级次和（0,2）透射级次的效率值都在0.05%左右，这表明反射和透射级次可以以非常低的衍射效率耦出光波导进入人眼成像，从而更多的光能量可以在光波导内出瞳扩展，使得光波导的出瞳均匀性更好。

本实施例中，通过引入超表面的PB相位，实现了对电磁波的相位、振幅和偏振的调控。光学超表面具有超薄的平面几何特性，使基于超表面的器件易于和其它光学器件集成发展紧凑的多功能光学器件。超表面引入的界面突变相位可以是自旋有关的，如PB相位，左旋和右旋圆偏光入射到PB相位超表面上，获得共轭的附加相位，在共轭的附加相位的作用下，入射的左旋圆偏光和右旋圆偏光具有不同的传输行为；也可以是自旋无关的，如通过改变结构参数引起的界面突变相位。

在一些实施例中，还可以通过调整第一单元结构P1、第二单元结构P2和第三单元结构P3的长度和宽度，第一夹角以及第一间隔d1来调控光波导的出瞳扩展以及（0,2）反射级次和（0,2）透射级次的相对效率，使得（0,2）反射级次大于（0,2）透射级次，进而减弱光波导的漏光。

可选地，在任一光栅内，第一单元结构P1的长度、第二单元结构P2的长度和第三单元结构P3的长度不相同，第一单元结构P1的宽度、第二单元结构P2的宽度和第三单元结构P3的宽度不相同，第一单元结构P1的高度、第二单元结构P2的高度和第三单元结构P3的高度都相同。

或者，在任一光栅内，第一单元结构P1、第二单元结构P2和第三单元结构P3中的至少一个的长度不相同。

或者，第一单元结构P1、第二单元结构P2和第三单元结构P3中的至少一个的宽度不相同。

在一些实施例中，不同的光栅的第一单元结构P1的尺寸相同，不同的光栅的第二单元结构P2的尺寸相同，且不同的光栅的第三单元结构P3的尺寸相同。

可以理解地，第一光栅内的第一单元结构P1的尺寸与第二光栅内的第一单元结构P1的尺寸相同，即第一光栅内的第一单元结构P1的长度与第二光栅内的第一单元结构P1的长度相同；第一光栅内的第一单元结构P1的宽度与第二光栅内的第一单元结构P1的宽度相同；第一光栅内的第一单元结构P1的高度与第二光栅内的第一单元结构P1的高度相同。

第一光栅内的第二单元结构P2的尺寸与第二光栅内的第二单元结构P2的尺寸相同，即第一光栅内的第二单元结构P2的长度与第二光栅内的第二单元结构P2的长度相同；第一光栅内的第二单元结构P2的宽度与第二光栅内的第二单元结构P2的宽度相同；第一光栅内的第二单元结构P2的高度与第二光栅内的第二单元结构P2的高度相同。

第一光栅内的第三单元结构P3的尺寸与第二光栅内的第三单元结构P3的尺寸相同，即第一光栅内的第三单元结构P3的长度与第二光栅内的第三单元结构P3的长度相同；第一光栅内的第三单元结构P3的宽度与第二光栅内的第三单元结构P3的宽度相同；第一光栅内的第三单元结构P3的高度与第二光栅内的第三单元结构P3的高度相同。

在其他的一些实施例中，不同的光栅的第一单元结构P1的尺寸不相同，或者，不同的光栅的第二单元结构P2的尺寸不相同，或者，不同的光栅的第三单元结构P3的尺寸不相同。

可以理解的是，第一光栅内的第一单元结构P1的尺寸与第二光栅内的第一单元结构P1的尺寸不相同，即第一光栅内的第一单元结构P1的长度与第二光栅内的第一单元结构P1的长度不相同；或者第一光栅内的第一单元结构P1的宽度与第二光栅内的第一单元结构P1的宽度不相同。

第一光栅内的第二单元结构P2的尺寸与第二光栅内的第二单元结构P2的尺寸不相同，即第一光栅内的第二单元结构P2的长度与第二光栅内的第二单元结构P2的长度不相同；或者第一光栅内的第二单元结构P2的宽度与第二光栅内的第二单元结构P2的宽度不相同。

第一光栅内的第三单元结构P3的尺寸与第二光栅内的第三单元结构P3的尺寸不相同，即第一光栅内的第三单元结构P3的长度与第二光栅内的第三单元结构P3的长度不相同；或者第一光栅内的第三单元结构P3的宽度与第二光栅内的第三单元结构P3的宽度不相同。

请参阅图5-图7，图5是本发明二维超构光栅另一实施例的结构示意图；图6是本发明图5中二维超构光栅的出瞳扩展示意图；图7是本发明图5中二维超构光栅的直接出射级次的衍射效率随入射角的变化示意图。

由图5可知，在任一光栅20内，第一单元结构P1、第二单元结构P2和第三单元结构P3之间为间隔分布。两个光栅的结构相同。这种结构不通过旋转单元结构来改变相位，而是通过使每个单元结构的长度和宽度不同（即通过改变结构参数引入界面突变相位）来实现0到2π的相位覆盖。

由图6和图7可知，（0,0），（-1,1）和（1,1）三个衍射级次的效率分别为98%，0.25%和0.27%。这样的结构进一步增大（-1,1）衍射级次和（1,1）衍射级次的效率，提高光波导的出瞳均匀性，同时增大（0,2）反射级次和（0,2）透射级次的效率差，进一步降低光波导的漏光。

请参阅图8，图8是本发明二维超构光栅又一实施例的结构示意图。图8所示的二维超构光栅30中，任一光栅的第一单元结构P1、第二单元结构P2和第三单元结构P3之间为连续分布，且两个光栅的结构不相同。

请参阅图9-图10，图9是本发明图8中二维超构光栅的出瞳扩展示意图；图10是本发明图8中二维超构光栅的直接出射级次的衍射效率随入射角的变化示意图。

由图9和图10可知，（0,0），（-1,1）和（1,1）三个衍射级次的效率分别为98%，0.28%和0.41%。这样的结构更进一步增大（-1,1）衍射级次和（1,1）衍射级次的效率，提高光波导的出瞳均匀性，同时增大（0,2）反射级次和（0,2）透射级次的效率差，进一步降低光波导的漏光。

本发明还提供一种二维超构光波导，请参阅图11，图11是本发明二维超构光波导一实施例的结构示意图。在本实施例中，二维超构光波导包括：波导基底100、耦入光栅110和上述的二维超构光栅120，耦入光栅和二维超构光栅设置于波导基底表面；其中，耦入光栅用于将携带有图像信息的图像光线耦入到波导基底中；二维超构光栅用于将在波导基底内传导的图像光线耦出。

耦入光栅110将携带有图像信息的图像光线耦入到波导基底100中，波导基底100使耦入的图像光线以全反射方式传导。二维超构光栅120将来自耦入光栅110并在波导基底100内以全反射方式传导的衍射光沿两个方向出瞳扩展的同时耦出到人眼成像。

由上面技术方案可知，本发明提供的二维超构光波导，通过引入超表面的PB相位和界面突变相位，可以使得波导出瞳均匀性高，图像条带化现象减弱，能够获得更好均匀性的图像，且降低光波导的漏光。

此外，本发明还提供一种近眼显示装置，包括微显示器和上述的波导光学元件；微显示器用于输出图像光线。由于本发明的近眼显示设备包含了上述所述的二维超构光波导，因此，本发明的近眼显示设备具有和上述实施例类似的技术效果，在此不再赘述。

由上面技术方案可知，本发明提供的近眼显示设备，采用超表面的PB相位和界面突变相位，可以使得设备出瞳均匀性高，图像条带化现象减弱，能够获得更好均匀性的图像，且降低设备的漏光现象，更好保护使用者的隐私。

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结构可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元结构显示的部件可以是或者也可以不是物理单元结构，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元结构上。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 (9)

1.一种二维超构光栅，其特征在于，包括若干相同的光学结构，其中，若干光学结构阵列排布；

任一所述光学结构包括相交设置的第一光栅和第二光栅，所述第一光栅和所述第二光栅中的任一光栅包括第一单元结构、第二单元结构和第三单元结构；

其中，所述第一单元结构、所述第二单元结构和所述第三单元结构具有不同的旋转方向，以使得经过所述任一光栅的光实现0到2π的相位变化；

其中，所述第一单元结构与所述第二单元结构的夹角为第一夹角，所述第三单元结构与所述第二单元结构的夹角为第二夹角，所述第一夹角和所述第二夹角之和为零；

在任一光栅内，所述第一单元结构、所述第二单元结构和所述第三单元结构之间为间隔分布；

所述第一单元结构的中心与所述第二单元结构的中心之间的距离为第一距离，所述第三单元结构的中心与所述第二单元结构的中心之间的距离为第二距离，所述第一距离和所述第二距离相等，所述第一距离的取值范围和所述第二距离的取值范围均为0~1μm。

2.根据权利要求1所述的二维超构光栅，其特征在于，

所述第一夹角的取值范围为-90°~0°，所述第二夹角的取值范围为0°~90°。

3.根据权利要求1所述的二维超构光栅，其特征在于，

在所述第一单元结构、所述第二单元结构和所述第三单元结构中，任一单元结构的长度取值范围为10nm~1μm，所述任一单元结构的宽度取值范围为10nm~1μm，所述任一单元结构的高度取值范围为5nm~1μm。

4.根据权利要求3所述的二维超构光栅，其特征在于，

在任一光栅内，所述第一单元结构的长度、所述第二单元结构的长度和所述第三单元结构的长度都相同，所述第一单元结构的宽度、所述第二单元结构的宽度和所述第三单元结构的宽度都相同，所述第一单元结构的高度、所述第二单元结构的高度和所述第三单元结构的高度都相同。

5.根据权利要求3所述的二维超构光栅，其特征在于，

在任一光栅内，所述第一单元结构、所述第二单元结构和所述第三单元结构中的至少一个的长度不相同；

或者，所述第一单元结构、所述第二单元结构和所述第三单元结构中的至少一个的宽度不相同。

6.根据权利要求3所述的二维超构光栅，其特征在于，

不同的光栅的第一单元结构的尺寸相同，不同的光栅的第二单元结构的尺寸相同，且不同的光栅的第三单元结构的尺寸相同。

7.根据权利要求3所述的二维超构光栅，其特征在于，

不同的光栅的第一单元结构的尺寸不相同；或者，不同的光栅的第二单元结构的尺寸不相同；或者，不同的光栅的第三单元结构的尺寸不相同。

8.一种二维超构光波导，其特征在于，包括：波导基底、耦入光栅和如权利要求1-7中任一项所述的二维超构光栅，所述耦入光栅和所述二维超构光栅设置于所述波导基底表面；

其中，所述耦入光栅用于将携带有图像信息的图像光线耦入到所述波导基底中；所述二维超构光栅用于将在所述波导基底内传导的图像光线耦出。

9.一种近眼显示装置，其特征在于，包括微显示器和如权利要求8所述的二维超构光波导；所述微显示器用于输出图像光线。