CN116299816B - 抑制高级光的叉形超表面光栅、光波导及近眼显示设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抑制高级光的叉形超表面光栅、光波导及近眼显示设备，涉及衍射光学技术领域，包括至少一个第一光栅结构和至少一个第二光栅结构，第一光栅结构的尺寸大于第二光栅结构的尺寸，通过改变两种光栅结构的尺寸比例可以调整耦合效率；第一光栅结构和第二光栅结构为叉形结构，第一光栅结构的交叉角度和第二光栅结构的交叉角度相同，交叉形结构可以具有更好地降低外侧的漏光；第一光栅结构的边缘和第二光栅结构的边缘为锯齿状，任一光栅结构的边缘中，相邻两个锯齿之间的距离相同，每个锯齿沿一维光栅的矢量方向随机正态分布。通过对光栅结构的边缘进行了锯齿化的设置，有利于抑制光的高阶衍射分量，进而提高成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及衍射光学技术领域，尤其涉及一种抑制高级光的叉形超表面光栅、光波导及近眼显示设备。
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，其中光学元件组合的不同，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。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，且容易产生高阶衍射分量，进而降低成像质量。
发明内容
本发明提供一种抑制高级光的叉形超表面光栅、光波导及近眼显示设备，用以提高光栅的耦出效率，降低外侧漏光，并抑制高级光的高阶衍射分量，进而提高成像质量。
本发明提供一种抑制高级光的叉形超表面光栅，包括至少一个第一光栅结构和至少一个第二光栅结构；第一光栅结构的尺寸大于第二光栅结构的尺寸；第一光栅结构和第二光栅结构为叉形结构，第一光栅结构的交叉角度和第二光栅结构的交叉角度相同，第一光栅结构的边缘和第二光栅结构的边缘为锯齿状；任一光栅结构的边缘中，相邻两个锯齿之间的距离相同，每个锯齿沿一维光栅的矢量方向随机正态分布。
根据本发明提供的一种抑制高级光的叉形超表面光栅，在第一光栅结构中，两个锯齿之间的距离取值范围为5nm~50nm，锯齿的齿高取值范围为30nm~700nm；在第二光栅结构中，两个锯齿之间的距离取值范围为5nm~100nm，锯齿的齿高取值范围为30nm~1000nm。
根据本发明提供的一种抑制高级光的叉形超表面光栅，锯齿的边缘为矩形、弧形或三角形。
根据本发明提供的一种抑制高级光的叉形超表面光栅，相邻的第一光栅结构和第二光栅结构之间的第一距离相等，相邻的两个第一光栅结构之间的第二距离相等，相邻的两个第二光栅结构之间的第三距离相等，第二距离和第三距离相等。
根据本发明提供的一种抑制高级光的叉形超表面光栅，第一距离的取值范围为50nm~500nm；第二距离的取值范围为100nm~1000nm。
根据本发明提供的一种抑制高级光的叉形超表面光栅，两个第一基元以第一角度交叉构成第一光栅结构，两个第二基元以第一角度交叉构成第二光栅结构；其中，第一角度的取值范围为10°~80°。
根据本发明提供的一种抑制高级光的叉形超表面光栅，第一基元包括沿第一方向依次堆叠的第一矩形结构和沿第二方向依次堆叠的第一矩形结构，其中第一方向和第二方向的夹角为第一角度；在同一方向上，任意相邻的第一矩形结构错位排布形成第一光栅结构边缘的锯齿状；第二基元包括沿第一方向依次堆叠的第二矩形结构和沿第二方向依次堆叠的第二矩形结构；在同一方向上，任意相邻的第二矩形结构错位排布形成第二光栅结构边缘的锯齿状。
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如上述任一项所述的抑制高级光的叉形超表面光栅；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二维衍射光波导中；抑制高级光的叉形超表面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。
根据本发明提供的一种二维衍射光波导，一维耦入光栅包括间隔设置的第一光栅列和第二光栅列，第一光栅列的长度大于第二光栅列的长度；第一光栅列的边缘和第二光栅列的边缘为锯齿状，在任一光栅列中，相邻两个锯齿之间的距离相同，每个锯齿沿一维光栅的矢量方向随机正态分布。
本发明还提供一种近眼显示设备，包括微显示器和如上述任一项所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。
本发明提供一种抑制高级光的叉形超表面光栅、光波导及近眼显示设备，包括至少一个第一光栅结构和至少一个第二光栅结构，第一光栅结构的尺寸大于第二光栅结构的尺寸，通过改变两种光栅结构的尺寸比例可以调整耦合效率；第一光栅结构和第二光栅结构为叉形结构，第一光栅结构的交叉角度和第二光栅结构的交叉角度相同，交叉形结构可以具有更好地降低外侧的漏光；第一光栅结构的边缘和第二光栅结构的边缘为锯齿状，任一光栅结构的边缘中，相邻两个锯齿之间的距离相同，每个锯齿沿一维光栅的矢量方向随机正态分布。通过对光栅结构的边缘进行了锯齿化的设置，有利于抑制光的高阶衍射分量，进而提高成像质量。
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是本发明抑制高级光的叉形超表面光栅一实施例的结构示意图；
图2（a）是现有叉形光栅结构边缘形状的示意图，其中边缘形状为直边的叉形光栅结构；
图2（b）是现有叉形光栅结构边缘形状的示意图，其中边缘形状为曲边的叉形光栅结构；
图3是现有叉形光栅结构在可见光波段的级次分布仿真示意图；
图4是本发明叉形光栅结构在可见光波段的级次分布仿真示意图；
图5是本发明光栅结构的示意图；
图6（a）是本发明三种锯齿边缘基元的示意图，其中锯齿边缘为矩形的基元；
图6（b）是本发明三种锯齿边缘基元的示意图，其中锯齿边缘为三角形的基元；
图6（c）是本发明三种锯齿边缘基元的示意图，其中锯齿边缘为弧形的基元；
图7是本发明抑制高级光的叉形超表面光栅中光栅结构之间的距离示意图；
图8是本发明高级光的叉形超表面光栅中基元的结构示意图；
图9是本发明二维衍射光波导一实施例的俯视结构示意图；
图10是本发明一维耦入光栅列横向面积呈余弦分布的示意图；
图11是本发明一维光栅锯齿边缘一实施例的示意图。
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。
本发明提供一种抑制高级光的叉形超表面光栅，请参阅图1，图1是本发明抑制高级光的叉形超表面光栅一实施例的结构示意图。
在本实施例中，抑制高级光的叉形超表面光栅，包括至少一个第一光栅结构110和至少一个第二光栅结构120。
其中，第一光栅结构110的尺寸大于第二光栅结构120的尺寸。
具体地，第一光栅结构110的尺寸与第二光栅结构120的尺寸不同，通过改变第一光栅结构110与第二光栅结构120的尺寸比例，可以调节耦出效率，本领域技术人员可以根据实际需要对两个光栅结构的尺寸进行调整，本实施例对此不作限定。
进一步地，第一光栅结构110和第二光栅结构120为叉形结构，第一光栅结构110的交叉角度和第二光栅结构120的交叉角度相同，交叉形结构可以更好地降低外侧的漏光。
需要说明的是，叉形光栅是一种常见的光学元件，叉形光栅结构边缘形状的设计对其性能具有重要影响。目前，叉形光栅结构的边缘通常采用平滑的曲边或整齐的直边两种形式，请参阅图2，图2是现有叉形光栅结构边缘形状的示意图，其中，图2（a）是边缘形状为直边的叉形光栅结构，图2（b）是边缘形状为曲边的叉形光栅结构。平滑的曲边设计不仅可以减少光的散射，还可以使得光在光栅表面的传输路径更加平滑，减少光的能量损耗，从而提高光栅的光学性能；整齐的直边设计可以使得光栅的制造更加简单和精确，使得光栅的重复周期更加稳定，从而保证光栅出光质量的一致性和可重复性，有利于实现提高光学性能。然而发明人发现，无论是直边叉形光栅还是曲边叉形光栅，仍不可避免地具有多级衍射的特性，容易产生高阶的衍射分量，进而影响成像质量。
具体地，在可见光波段，叉形光栅的级次分布可以通过衍射公式进行计算。具体地，可以将叉形光栅视为由两个狭缝组成的光栅，然后根据狭缝的宽度和距离，以及入射光的波长，计算出不同级次的衍射光强度分布，叉形光栅的级次分布具有周期性，即在一定的级次范围内，不同级次的光强度会出现周期性的变化。高衍射级次的光束会对实际应用产生影响，因此需要抑制光的高阶衍射分量，进而提高成像质量。
请参阅图3，图3是现有叉形光栅结构在可见光波段的级次分布仿真示意图。
由图3可知，若采用现有叉形光栅结构，不同波长的光在发生衍射时产生的级次数目不同，不同波长的光的反射率和折射率也不同，而反射率和折射率的差异又会对衍射图像造成影响。因此，需要尽可能降低不同波长的光在发生衍射时产生的级次数目。
基于此，在本实施例中，第一光栅结构110的边缘和第二光栅结构120的边缘为锯齿状；任一光栅结构的边缘中，相邻两个锯齿之间的距离相同，每个锯齿沿一维光栅的矢量方向随机正态分布。
当光栅结构的边缘设计为锯齿状时，可以有效降低不同波长的光在发生衍射时产生的级次数目，即有效抑制光的高阶衍射分量。
请参阅图4，图4是本发明叉形光栅结构在可见光波段的级次分布仿真示意图。由图4可知，当光栅结构的边缘设计为锯齿状时，不同波长的光在发生衍射时产生的级次数目相同，避免了衍射过程中光的高阶衍射分量产生的影响，从而可以有效保证衍射图像的质量，进而提高成像质量。
继续参阅图3，在叉形光栅结构为折射型的情况下，现有叉形光栅结构对波长450nm的光衍射时产生的级次数目为11，对500nm的光衍射时产生的级次数目为9，对650nm的光衍射时产生的级次数目为5。
继续参阅图4，在叉形光栅结构为折射型的情况下，本实施例的叉形光栅结构对波长范围450nm至650nm的光衍射时产生的级次数目都为3。
同理，在叉形光栅结构为反射型的情况下，现有叉形光栅结构对波长450nm和500nm的光衍射时产生的级次数目为3，对600nm的光衍射时产生的级次数目为1。
在叉形光栅结构为折射型的情况下，本实施例的叉形光栅结构对波长范围450nm至650nm的光衍射时产生的级次数目都为1。
对比图3和图4可知，本实施例的叉形光栅结构不仅降低了衍射时产生的级次数目，还使得衍射产生的级次数据不受波长的影响，从而可以有效保证衍射图像的质量，进而提高成像质量。
由于叉形光栅结构为反射型时，叉形光栅结构对不同波长的光的衍射效果更好，因此可以优选设置为反射光栅。
需要说明的是，叉形超表面光栅可以看作是两个一维光栅以预设角度交叉形成的，其中，一维光栅的边缘也为锯齿状。因此叉形超表面光栅包括两个不同的一维光栅的矢量方向。
以上，本实施例提供的抑制高级光的叉形超表面光栅，包括至少一个第一光栅结构和至少一个第二光栅结构，第一光栅结构的尺寸大于第二光栅结构的尺寸，通过改变两种光栅结构的尺寸比例可以调整耦合效率；第一光栅结构和第二光栅结构为叉形结构，第一光栅结构的交叉角度和第二光栅结构的交叉角度相同，交叉形结构可以具有更好地降低外侧的漏光；第一光栅结构的边缘和第二光栅结构的边缘为锯齿状，任一光栅结构的边缘中，相邻两个锯齿之间的距离相同，每个锯齿沿一维光栅的矢量方向随机正态分布。通过对光栅结构的边缘进行了锯齿化的设置，有利于抑制光的高阶衍射分量，进而提高成像质量。
在一些实施例中，在第一光栅结构中，两个锯齿之间的距离取值范围为5nm~50nm，锯齿的齿高取值范围为30nm~700nm；在第二光栅结构中，两个锯齿之间的距离取值范围为5nm~100nm，锯齿的齿高取值范围为30nm~1000nm。
请参阅图5，图5是本发明光栅结构的示意图，两个锯齿之间的距离记为D1，锯齿的齿高记为D2。
锯齿之间的距离D1取值范围会影响到光的高阶衍射分量的抑制效果。一般地，在一定的范围内锯齿之间的距离D1越小，高阶衍射分量的抑制效果越好：当锯齿之间的距离D1较小时，光通过叉形光栅结构时的散射角度会越大，从而使高阶衍射分量的光难以出现相干，从而可以降低由于高级光相干带来的影响。然而，若距离过小，不仅会增加光栅制造的难度，还可能导致光的衍射损失增加。因此，锯齿之间的距离需要在光栅制造工艺和系统性能之间进行平衡，选择适当的取值范围。
可选地，在第一光栅结构中，两个锯齿之间的距离D1取值范围可以为5nm~50nm，锯齿的齿高D2取值范围可以为30nm~700nm；在第二光栅结构中，两个锯齿之间的距离取值范围可以为5nm~100nm，锯齿的齿高D2取值范围可以为30nm~1000nm。
在一些实施例中，锯齿的边缘为矩形、弧形或三角形。
优选地，锯齿的边缘可以为矩形。
请参阅图6（a）-图6（c），图6（a）-图6（c）是本发明三种锯齿边缘基元的示意图，其中，图6（a）为锯齿边缘为矩形的基元，图6（b）为锯齿边缘为三角形的基元，图6（c）为锯齿边缘为弧形的基元。
锯齿的边缘可以采用多种不同的形状，包括矩形、弧形或三角形等。不同形状的边缘将对光的衍射和散射产生不同的影响，因此在设计和制造叉形超表面光栅时需要考虑不同边缘形状的优缺点以及对系统性能的影响。
例如，在某些情况下，弧形边缘可能会减少光的散射，从而提高成像质量，而在其他情况下，矩形或三角形边缘可能会更有效地抑制高阶衍射分量，进而提高系统性能。本领域技术人员可以根据实际需要选择对叉形光栅结构的边缘形状进行调整，本实施例对此不作限定。
在一些实施例中，相邻的第一光栅结构和第二光栅结构之间的第一距离相等，相邻的两个第一光栅结构之间的第二距离相等，相邻的两个第二光栅结构之间的第三距离相等，第二距离和第三距离相等。
请参阅图7，图7是本发明抑制高级光的叉形超表面光栅中光栅结构之间的距离示意图。
需要说明的是，为了说明光栅结构之间的距离关系，因此在图7中忽略了其他因素的干扰，因此可以将正方形A1、A2、A3看作是第一光栅结构，正方形B1、B2、B3看作是第二光栅结构。
可选地，可以将第一光栅结构的中心点看作是正方形A1，将第二光栅结构的中心点看作是正方形B2。
任意相邻的第一光栅结构和第二光栅结构之间的第一距离相等，任意相邻的两个第一光栅结构之间的第二距离相等，任意相邻的两个第二光栅结构之间的第三距离相等，其中，第二距离和第三距离相等。
在一些实施例中，如图7中，A1和B1之间的距离为d1，A1和B2之间的距离为d2，A2和B2之间的距离为d3，d1=d2=d3。
A1和A2之间的距离为d4，A1和A3之间的距离为d5，d4=d5。
B1和B2之间的距离为d6，B1和B3之间的距离为d7，d6=d7，并且d4=d5=d6=d7。
在一些实施例中，第一距离的取值范围可以为50nm~500nm；第二距离的取值范围可以为100nm~1000nm。
在一些实施例中，两个第一基元以第一角度交叉构成第一光栅结构，两个第二基元以第一角度交叉构成第二光栅结构。
可选地，第一角度的取值范围可以为10°~80°。
叉形光栅结构的交叉角度可以影响光的耦合效率和漏光的情况。一般地，在一定范围内交叉角度越小，耦合效率越高，漏光也相对较少，从而可以提高隐私性，但是过小的交叉角度可能会导致光的高阶衍射分量增加，影响成像质量。而基元的长度和宽度同样会影响光栅的性能。本领域技术人员可以根据实际需要对叉形光栅结构的交叉角度、基元的长度和宽度进行调整。
在一些实施例中，第一基元包括沿第一方向依次堆叠的第一矩形结构和沿第二方向依次堆叠的第一矩形结构，其中第一方向和第二方向的夹角为第一角度；在同一方向上，任意相邻的第一矩形结构错位排布形成第一光栅结构边缘的锯齿状；第二基元包括沿第一方向依次堆叠的第二矩形结构和沿第二方向依次堆叠的第二矩形结构；在同一方向上，任意相邻的第二矩形结构错位排布形成第二光栅结构边缘的锯齿状。
请参阅图8，图8是本发明高级光的叉形超表面光栅中基元的结构示意图。
任一基元均包括沿第一方向依次堆叠的第一矩形结构和沿第二方向依次堆叠的第一矩形结构，其中第一方向和第二方向的夹角为第一角度，记为Θ。
具体地，第一基元810可以包括沿第一方向依次堆叠的第一矩形结构和沿第二方向依次堆叠的第一矩形结构，其中第一方向和第二方向的夹角为第一角度。
进一步地，在同一方向上，任意相邻的第一矩形结构错位排布形成第一光栅结构边缘的锯齿状；第二基元820包括沿第一方向依次堆叠的第二矩形结构和沿第二方向依次堆叠的第二矩形结构；在同一方向上，任意相邻的第二矩形结构错位排布形成第二光栅结构边缘的锯齿状。
其中，第一矩形结构和第二矩形结构的尺寸可以不同。
抑制高级光的叉形超表面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9，图9是本发明二维衍射光波导一实施例的俯视结构示意图。
在本实施例中，二维衍射光波导包括波导基底900以及设置于波导基底表面的一维耦入光栅910和上述抑制高级光的叉形超表面光栅920。
其中，一维耦入光栅910用于将携带有图像信息的入射光线耦入到二维衍射光波导中；抑制高级光的叉形超表面光栅920用于将来自一维耦入光栅910并在波导基底900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910可以是任意的高效率光栅，波导基底900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910进入的光搬运至抑制高级光的叉形超表面光栅920。
可选地，一维耦入光栅910和抑制高级光的叉形超表面光栅920可以看作是对沉积形成在波导基底900上的高折射率材料薄膜进行光刻成型。
在一些实施例中，一维耦入光栅包括间隔设置的第一光栅列和第二光栅列，第一光栅列的长度大于第二光栅列的长度；第一光栅列的边缘和第二光栅列的边缘为锯齿状，在任一光栅列中，相邻两个锯齿之间的距离相同，每个锯齿沿一维光栅的矢量方向随机正态分布。
由于二维光栅可以看作是两个一维光栅交叉而构成的，因此本实施例中一维耦入光栅的锯齿边缘分布规律可以和二维菱形光栅的分布规律相同，具体如下：
请参阅图10-11，图10是本发明一维耦入光栅列横向面积呈余弦分布的示意图，图11是本发明一维光栅锯齿边缘一实施例的示意图。
如图11所示，包括锯齿边缘的一维光栅可以看作是若干相同的矩形结构沿同一方向错位堆叠形成的。假定每个矩形结构的长度为L1，则每个矩形结构错位而导致的偏移量为L2或者L3，则有：L2≤0.5L1，L3≤0.5L1。
图10中横坐标为一维光栅的矢量方向，纵坐标为一维光栅的面积积分。每个锯齿沿一维光栅的矢量方向随机正态分布，积分面积呈余弦分布。
具体地，在沿着衍射方向，光栅周期为d，矩形结构的长度为d/2,矩形结构在每个光栅周期的（-d/4~d/4）范围内按余弦分布规律随机排布，透过率函数满足，x为光栅沿着衍射方向的坐标。
本发明还提供一种近眼显示设备，包括微显示器和上述任一项所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。
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 (10)
1.一种抑制高级光的叉形超表面光栅，其特征在于，包括至少一个第一光栅结构和至少一个第二光栅结构；所述第一光栅结构的尺寸大于所述第二光栅结构的尺寸；
所述第一光栅结构和所述第二光栅结构为叉形结构，所述第一光栅结构的交叉角度和所述第二光栅结构的交叉角度相同，所述第一光栅结构的边缘和所述第二光栅结构的边缘为锯齿状；
任一光栅结构的边缘中，相邻两个锯齿之间的距离相同，每个锯齿沿一维光栅的矢量方向随机正态分布。
2.根据权利要求1所述的抑制高级光的叉形超表面光栅，其特征在于，
在所述第一光栅结构中，所述两个锯齿之间的距离取值范围为5nm~50nm，所述锯齿的齿高取值范围为30nm~700nm；
在所述第二光栅结构中，所述两个锯齿之间的距离取值范围为5nm~100nm，所述锯齿的齿高取值范围为30nm~1000nm。
3.根据权利要求1所述的抑制高级光的叉形超表面光栅，其特征在于，所述锯齿的边缘为矩形、弧形或三角形。
4.根据权利要求2所述的抑制高级光的叉形超表面光栅，其特征在于，相邻的第一光栅结构和第二光栅结构之间的第一距离相等，相邻的两个第一光栅结构之间的第二距离相等，相邻的两个第二光栅结构之间的第三距离相等，所述第二距离和所述第三距离相等。
5.根据权利要求4所述的抑制高级光的叉形超表面光栅，其特征在于，
所述第一距离的取值范围为50nm~500nm；所述第二距离的取值范围为100nm~1000nm。
6.根据权利要求5所述的抑制高级光的叉形超表面光栅，其特征在于，两个第一基元以第一角度交叉构成所述第一光栅结构，两个第二基元以所述第一角度交叉构成所述第二光栅结构；
其中，所述第一角度的取值范围为10°~80°。
7.根据权利要求6所述的抑制高级光的叉形超表面光栅，其特征在于，
所述第一基元包括沿第一方向依次堆叠的第一矩形结构和沿第二方向依次堆叠的第一矩形结构，其中所述第一方向和所述第二方向的夹角为所述第一角度；在同一方向上，任意相邻的第一矩形结构错位排布形成所述第一光栅结构边缘的锯齿状；
所述第二基元包括沿所述第一方向依次堆叠的第二矩形结构和沿所述第二方向依次堆叠的第二矩形结构；在同一方向上，任意相邻的第二矩形结构错位排布形成所述第二光栅结构边缘的锯齿状。
8.一种二维衍射光波导，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1-7任一项所述的抑制高级光的叉形超表面光栅；
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二维衍射光波导中；所述抑制高级光的叉形超表面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。
9.根据权利要求8所述的二维衍射光波导，其特征在于，
所述一维耦入光栅包括间隔设置的第一光栅列和第二光栅列，所述第一光栅列的长度大于所述第二光栅列的长度；
所述第一光栅列的边缘和所述第二光栅列的边缘为锯齿状，在任一光栅列中，相邻两个锯齿之间的距离相同，每个锯齿沿一维光栅的矢量方向随机正态分布。
10.一种近眼显示设备，其特征在于，包括微显示器和如权利要求8-9任一项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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