CN117055213A - 一种波导片及其耦入区输出能量分布的计算方法 - Google Patents

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CN117055213A CN202311208035.XA CN202311208035A CN117055213A CN 117055213 A CN117055213 A CN 117055213A CN 202311208035 A CN202311208035 A CN 202311208035A CN 117055213 A CN117055213 A CN 117055213A
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Abstract

本发明公开了一种波导片及其耦入区输出能量分布的计算方法，该计算方法包括：沿第一方向，以步长为单位将耦入区划分为N个分区；其中，N≥1，且N为正整数；第一方向与入射光线的传播方向相反；步长为入射光线在波导基底内传输时两个反射点之间的距离；获取N个分区的输出能量以及分区的能量权值的配比，根据N个分区的输出能量和能量权值，计算得到N个分区的输出能量分布；将N个分区的输出能量分布叠加，获得耦入区的输出能量分布。本发明实施例提供的一种波导片的计算方法，可用于快速且准确地计算出波导片耦入区的输出能量分布，此方法适用于不同波导片的耦入区光能量追迹，可为光学设计提供准确的数据支持。

Description

一种波导片及其耦入区输出能量分布的计算方法
技术领域
本发明实施例涉及显示技术领域，尤其涉及一种波导片及其耦入区输出能量分布的计算方法。
背景技术
增强现实(Augmented Reality，AR)是将虚拟世界信息与现实世界融合在一起的技术，AR近眼显示设备是能实现增强现实功能的可穿戴硬件。特别是近年来衍射波导片等硬件性能不断发展，为增强现实技术提供了更好的硬件技术支持。衍射波导将光机的图像传输入人眼前，并同时可以起到复制出瞳的作用。它由平行度非常好的平板玻璃和玻璃上制作的衍射光栅构成。当光机发出的平行光到达耦入光栅会被光栅衍射，衍射级次满足玻璃中的全反射条件，即在玻璃中全反射传输，直到耦出光栅耦出进入人眼。
现有的针对波导片耦入区的输出能量分布的统计算法，主要是通过计算耦入区内每个离散的能量点的输出能量，最终得到耦入区的输出能量。此方法计算精度有限，若要保证计算精度，则需要计算足够多的点，因此复杂度高。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种波导片及其耦入区输出能量分布的计算方法，该计算方法既能确保计算精度，又能降低运算复杂度，适用于不同波导片的耦入区光能量追迹，可为光学设计提供准确的数据支持。
第一方面，本发明实施例提供了一种波导片耦入区输出能量分布的计算方法，所述波导片包括波导基底以及位于所述波导基底至少一侧表面的耦入区，入射光线经所述耦入区耦入波导基底，所述计算方法包括：
沿第一方向，以步长为单位将所述耦入区划分为N个分区；其中，N≥1，且N为正整数；所述第一方向与所述入射光线的传播方向相反；所述步长为所述入射光线在所述波导基底内传输时两个反射点之间的距离；
获取N个所述分区的输出能量以及所述分区的能量权值的配比，根据N个所述分区的输出能量和能量权值，计算得到N个所述分区的输出能量分布；
将N个所述分区的输出能量分布叠加，获得所述耦入区的输出能量分布。
可选的，所述耦入区的形状为圆形，以所述耦入区为第一参考圆；
沿第一方向，以步长为单位将所述耦入区划分为N个分区，包括：
沿所述第一方向，将所述第一参考圆以步长为单位依次移动N-1次，获得N-1个参考圆，N-1个所述参考圆与所述耦入区相交且将所述耦入区划分成N个分区；其中，第N次移动获得的参考圆与所述耦入区无交集。
可选的，所述耦入区的形状为矩形，所述耦入区包括相邻的第一侧边和第二侧边，所述入射光线的传播方向与所述第一侧边平行；
沿第一方向，以步长为单位将所述耦入区划分为N个分区，包括：
沿第一方向，以步长为单位将所述第一侧边进行分区，将所述耦入区划分为N个分区。
可选的，所述耦入区的形状为梯形，所述耦入区包括相互平行的第三侧边和第四侧边，所述入射光线的传播方向与所述第三侧边垂直；
沿第一方向，以步长为单位将所述耦入区划分为N个分区，包括：
沿第一方向，以步长为单位将所述第三侧边和所述第四侧边之间进行分区，将所述耦入区划分为N个分区。
可选的，N个所述分区包括第一分区和第N分区；
沿所述第一方向，所述第N分区的宽度小于或者等于所述第一分区的宽度。
可选的，获取N个所述分区的输出能量以及所述分区的能量权值的配比，根据N个所述分区的输出能量和能量权值，计算得到N个所述分区的输出能量分布，包括：
沿第二方向，以预设距离为采样单位依次获取所述分区沿所述第一方向的N个宽度；
将N个所述宽度归一化处理，将归一化的宽度作为该所述分区的能量权值；其中，N为正整数；所述第二方向和所述第一方向正交，所述第二方向和所述第一方向均与所述耦入区的耦入面平行；
计算所述分区的输出能量；
根据各个所述分区的输出能量以及该所述分区的能量权值的配比，计算得到各个所述分区的能量分布。
可选的，所述分区包括第x分区，计算所述分区的输出能量，包括：
根据所述耦入区的衍射系数以及所述入射光线在各个分区的衰减系数，采用如下公式计算所述第x分区的输出能量Tx：
Tx＝T0*Ta*Tbx-1；x＝1,……，N；
其中，T0为所述入射光线耦入所述耦入区出射能量，Ta为所述入射光线耦入所述耦入区经过一次衍射设的衍射系数；Tb为所述入射光线在所述波导基底光栅位置处发生一次反射后光能量的衰减系数。
可选的，根据各个所述分区的输出能量以及该所述分区的能量权值的配比，计算得到各个所述分区的能量分布，包括：
将所述分区的输出能量与该所述分区的能量权值乘法运算，得到该所述分区各个能量权值位置处的输出能量分布。
第二方面，本发明实施例还提供了一种波导片，采用第一方面提供的计算方法计算波导片耦入区的输出能量分布，所述波导片还包括耦出区，所述入射光线经所述耦入区耦入所述波导基底后经所述耦出区衍射后耦出。
本发明实施例提供的一种波导片的计算方法，可用于快速且准确地计算出波导片耦入区的输出能量分布，此方法适用于不同波导片的耦入区光能量追迹，可为光场追迹提供可为光学设计提供准确的数据支持。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的一种波导片的平面结构示意图；
图2为图1中提供的耦入区的截面示意图；
图3为本发明提供的一种波导片耦入区的划分示意图；
图4为本发明提供的一种波导片耦入区输出能量分布的计算方法示意图；
图5为本发明提供的又一种波导片耦入区输出能量分布的计算方法示意图；
图6为图3中提供的耦入区第一分区的宽度的计算示意图；
图7为图3中提供的耦入区第二分区的宽度的计算示意图；
图8为本发明提供的又一种波导片耦入区的划分示意图；
图9为本发明提供的又一种波导片耦入区的划分示意图；
图10为本发明提供的又一种波导片耦入区输出能量分布的计算方法示意图。
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，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。
实施例
图1为本发明提供的一种波导片的平面结构示意图；图2为图1中提供的耦入区的截面示意图。如图1所示，本申请实施例提供了一种波导片，波导片包括波导基底10以及位于波导基底10至少一侧表面的耦入区20，入射光线S经耦入区20耦入波导基底10。
具体的，波导基底10可以为光学玻璃基底，波导基底10的长度和形状可根据实际场景的需要设置。波导基底10具有相互平行的两个表面，在波导基底10的至少一个表面设置耦入区20和耦出区30，耦入区20是将光机发出的入射光线S耦合进波导基底10，并将入射光线S传输到耦出区30，如图2所示，耦入区20包含光栅结构，如一维光栅，其耦入功能通过光栅结构实现，其中，耦入区20的形状本申请实施例不做限制，可以根据光机出射光的覆盖范围设置，图1中仅以耦入区20常见的圆形为示例性说明。再结合图1所示，耦出区30可以为二维光栅，二维光栅其既可以对入射光线S进行扩瞳又可将入射光线S耦出形成显示画面。入射光线S从空气入射经耦入区20耦入波导基底10内后全反射传输，依次经耦出区30衍射扩瞳后耦出波导基底10，与环境光结合形成AR显示图像；其他实施例中，波导片还包括转折区(图中未示出)，转折区位于耦入区20和耦出区30之间的入射光线S的传播路径上，入射光线从空气入射经耦入区20耦入波导基底10内后全反射传输，依次经转折区、耦出区30衍射扩瞳后耦出波导基底10，与环境光结合形成AR显示图像，从而满足了观看者在现实世界的意义上看到虚拟图像。
其中，耦入区20、转折区和耦出区30可以是直齿光栅、闪耀光栅、斜齿光栅、体全息光栅、二维光栅等中的一种或多种组合，这里不做具体限制。
为了进一步提高计算精度，同时降低运算复杂度，本方案针对耦入区的结构以及光能量传递的规律提出了更加高效的计算方法。
本发明实施例提供了一种波导片耦入区输出能量分布的计算方法，应用在波导片耦入区输出能量分布的分析中，以指导转折区或者耦出区的结构设计等。图3为本发明提供的一种波导片耦入区的划分示意图；图4为本发明提供的一种波导片耦入区输出能量分布的计算方法示意图。结合图1-图4所示，本发明实施例提供的波导片耦入区输出能量分布的计算方法包括：
S101、沿第一方向，以步长为单位将耦入区划分为N个分区。
其中，N＞1，且N为正整数；第一方向与入射光线的传播方向相反,
S102、获取N个分区的输出能量以及分区的能量权值的配比，根据N个分区的输出能量和能量权值，计算得到N个分区的输出能量分布。
S103、将N个分区的输出能量分布叠加，最终获得耦入区的输出能量分布。
具体的，结合图1和图2所示，入射光线S由耦入区20耦入波导基底10后，在波导基底10全反射传输的步长step满足公式(1.1)：
step＝2d·tan(θ)，(1.1)；
其中，θ为入射光线耦入耦入区经过一次衍射的衍射角；d为波导基底的厚度，step为入射光线在波导基底内传输时两个反射点之间的距离。
考虑到入射光线S在波导基底10全反射传输过程中，每一次在波导基底10的表面反射对应一次光能量的衰减，由于不同区域的入射光线S从耦入区20输出会经过不同的步长step，即会经历不同的损耗，由此，本申请将耦入区20沿着入射光线S的传播方向的反向，以步长为单位每移动一个步长将耦入区20划分为一个分区，再结合耦入区20在入射光线S的传播方向上的长度以及入射光线S的步长step，可以将耦入区20划分得到N个分区。示例性的，图1、图3中将耦入区20划分成四个分区，如第一分区R1、第二分区R2、第三分区R3、第四分区R4，入射光线S经过这个四个分区耦入波导基底10进行全反射传输后耦入耦出区30。在同一分区内入射光线S的衍射次数和反射次数相同，例如在第一分区R1内，所有入射光线S经过一次衍射后直接耦入耦出区30；在第二分区R2内，所有入射光线S经过一次衍射和一次反射后耦入耦出区30；在第三分区R3内，所有入射光线S经过一次衍射和2次反射后耦入耦出区30；在第四分区R4内，所有入射光线S经过一次衍射和3次反射后耦入耦出区30，由此可知，入射光线S在每个分区内的衰减损耗比例相同，因此，对于同一分区内的入射光线S的输出能量采用相同的计算方式，只需计算每个分区耦出的总输出能量，再对每个分区沿着垂直入射光线S的传播方向进行小区域划分，进行能量权值的配比，计算获得每个分区的小区域的能量分布。作为一个示例，小区域可以是单位面积划分得到。也可以是线段距离划分。计算每个小区域在分区中的空间占比做为能量权重，通过每个分区的能量权重对总输出能量配比，获得各个分区的输出能量分布，最后将各个分区的输出能量分布叠加，最终获得耦入区20的输出能量分布。
其中，全反射(total internal reflection，TIR)是一种光学现象，当光束从较高折射率的介质进入到较低折射率的介质时，如果入射角大于或者等于临界角(光束远离法线)时，折射光束将会消失，所有的入射光束将被反射而不进入低折射率的介质。
综上，本申请实施例提出的波导片耦入区输出能量分布的计算方法，该算法针对耦入区的结构以及光能量传递的规律，可以准确获得耦入区的耦出能量分布，既能确保计算精度，又能降低运算复杂度，有利于提高耦入区的偶出能量分布的计算，为后续耦出区的设计提供参考依据。
图5为本发明提供的又一种波导片耦入区输出能量分布的计算方法示意图。继续结合图1-图5所示，耦入区20的形状为圆形，以耦入区20为第一参考圆C1，半径为R，圆心为C1。本发明实施例提供的波导片耦入区输出能量分布的的计算方法包括：
S201、沿第一方向，将第一参考圆以步长为单位依次移动N-1次，获得N-1个参考圆，N-1个参考圆与耦入区相交且将耦入区划分成N个分区。
其中，第N次移动获得的参考圆与耦入区无交集。
具体的，如图6所示，入射光线S与图中X方向的夹角为φ1，将第一参考圆C1的圆心c1沿着入射光线S光传播方向的反向每移动一个步长Step作一个与耦入区20相同的半径为R的参考圆，直至与耦入区20不再有交点，通过此设计分别获得第二参考圆C2，圆心为c2，第一参考圆C1和第二参考圆C2的弧长围成的第一分区R1；第三参考圆C3，圆心为c3，第一参考圆C1、第二参考圆C2和第三参考圆C3的弧长围成的第二分区R2；第四参考圆C4，圆心记为c4，第一参考圆C1、第四参考圆C4和第三参考圆C3的弧长围成的第三分区R3；第一参考圆C1和第四参考圆C4的弧长围成的第四分区R4；这些圆弧将耦入20划分成若4个分区，同一分区内的入射光线S沿着传播方向从耦入区20输出需要经历相同的损耗，其中，本申请图4中仅以4个分区为例进行说明，在其他实施例中，耦入区20的大小会影响分区的数量。
S202、沿第二方向，以预设距离为采样单位依次获取分区沿第一方向的N个宽度。
具体的，结合图6所示，以第一分区R1为例，第一分区R1为第一参考圆C1减去第一参考圆C1与第二参考圆C2的交集区域，为第一参考圆C1圆弧和第二参考圆C2的圆弧组成的区域，第一参考圆C1的圆弧和第二参考圆C2的圆弧的交点分别为a1和a2；沿入射光线S的传播方向，计算第一参考圆C1的圆弧和第二参考圆C2的圆弧之间的距离。可以通过以下步骤计算各个分区沿入射光线S的传播方向的宽度。
步骤1，以圆心C1和圆心C2的连线为对称轴划分，将第一分区R1分成对称的两部分，沿入射光线S的传播方向，用等间隔预设距离dh的虚线段连接第一分区R1内的圆弧，虚线段(如图6中虚线所示)长度为第一分区R1的宽度，以虚线段的长度作为能量分配的权值。
步骤2，将a1分别连接圆心c1和圆心c2，将a1向圆心c1和圆心c2所在的直线做垂直，得到b1点；根据几何关系和公式(1.2)，此距离为a1b1的长度，即：
其中，b1点为圆心c1和圆心c2的中点，圆心c1和圆心c2之间的距离为一个step，R为第一参考圆C1的半径。
步骤3，沿入射光线S的传播方向，将交点a1向第一参考圆C1做平行线，在第一参考圆C1上获得交点f1，在交点a1处，第一参考圆C1和第二参考圆C2之间的弧长为a1f1。将c1向交点a1和交点f1连线做垂线，在第一参考圆C1的弧线上得到交点e1和e2。
步骤4，沿着第二方向S1，从a1b1出发，依次可求得与圆心c1距离从a1b1到R，间隔为预设距离dh的虚线段，再通过公式(1.3)计算得到弦长dd(N)；
相似的，继续结合图6所示，沿图中S1方向，继续计算第一分区R1内其他虚线段的长度，由于第一分区R1为对称结构，仅计算左侧部分的虚线段长度，将该部分需虚线段长度沿C1C2直线对称反转后，获得第一分区R1右侧区域的虚线段长度，从而获得第一分区R1的全部虚线段(如图6中虚线所示)长度。
相似的，第二分区R2、第三分区R3、第四分区R4区域的能量权值计算方式类似，示例性的，结合图7所述，记第一参考圆C1圆弧和第三参考圆C3圆弧的交点分别为p1和p2，将p1点沿着沿入射光线S的传播方向做平行线与第一参考圆C1的交点为f2；记第一参考圆C1圆弧和第四参考圆C4的圆弧的交点分别为q1和q2，采用用上述方法计算出a1f1与p1f2之间的弦长后再减去一个步长step即为所求，其余部分的虚线段长度等于步长step。依次类推，依次获得第二分区R2、第三分区R3、第四分区R4内等间隔预设距离dh的虚线段长度，以虚线段长度作为该分区内的能量权值的配比。
其中，预设距离dh数值越小，获取的虚线段数量越多，分区划分越精细，该分区的能量权值划分越精细，该分区的能量分布计算越精确。
S203、将N个宽度归一化处理，将归一化的宽度作为该分区的能量权值。其中，N为正整数；第二方向和第一方向正交，第二方向和第一方向均与耦入区的耦入面平行。
具体的，将获取到的第一分区R1内的所有虚线段的长度叠加获得总长度值，每个虚线段的长度在总长度值中的占比，为第一分区R1内该虚线段处对应的能量权值。
相似的，将获取到的第二分区R2内的所有虚线段的长度叠加获得总长度值，每个虚线段的长度在总长度值中的占比，为第二分区R2内该虚线段处对应的能量权值。
相似的，将获取到的第三分区R3内的所有虚线段的长度叠加获得总长度值，每个虚线段的长度在总长度值中的占比，为第三分区R3内该虚线段处对应的能量权值。
相似的，将获取到的第四分区R4内的所有虚线段的长度叠加获得总长度值，每个虚线段的长度在总长度值中的占比，为第四分区R4内该虚线段处对应的能量权值。
S204、计算分区的输出能量。
具体的，结合图2所示，光机出射的入射光线S子耦入区20耦入波导基底10时，在入射点会发生一次衍射，满足全反射传输条件的入射光线S在波导基底10内进行传输，其他光线透过波导基底10出射。结合图3所示，由于将耦入区20按照步长step划分成四个分区，在第一分区R1，入射光线S仅经过一次衍射后直接耦入耦出区30；在第二分区R2内，入射光线S经过一次衍射和一次反射后耦入耦出区30；在第三分区R3内入射光线S经过一次衍射和2次反射后耦入耦出区30，在第四分区R4内，入射光线S经过一次衍射和3次反射后耦入耦出区30。考虑到入射光线S在每个分区内的衰减损耗比例相同。
一种可行的实施例方式，可以根据耦入区的衍射系数以及入射光线在各个分区的衰减系数，采用如下公式(1.1)计算各个分区的输出能量。
Tx＝T0*Ta*Tbx-1；x＝1,……，N；
其中，T0为入射光线耦入耦入区出射能量，Ta为入射光线耦入耦入区经过一次衍射设的衍射系数；Tb为入射光线在波导基底光栅位置处发生一次反射后光能量的衰减系数。
具体的，结合图3所示，第一分区R1的输出能量T1＝T0；第二分区R2的输出能量T2＝T0*Ta*Tb；第三分区R3的输出能量T3＝T0*Ta*Tb 2；第四分区R4的输出能量T4＝T0*Ta*Tb 3。
S205、根据各个分区的输出能量以及该分区的能量权值的配比，计算得到各个分区的能量分布。
具体的，将第一分区R1的输出能量T1按照各个虚线段处对应的能量权值进行配比，如将第一分区R1的输出能量T1与该分区的能量权值乘法运算，得到第一分区R1各个能量权值位置处的输出能量分布。
相似的，将第二分区R2的输出能量T2按照各个虚线段处对应的能量权值进行配比，如将第二分区R2的输出能量T2与该分区的能量权值乘法运算，得到第二分区R2各个能量权值位置处的输出能量分布。
相似的，将第三分区R3的输出能量T3按照各个虚线段处对应的能量权值进行配比，如将第三分区R3的输出能量T3与该分区的能量权值乘法运算，得到第三分区R3各个能量权值位置处的输出能量分布。
相似的，将第四分区R4的输出能量T3按照各个虚线段处对应的能量权值进行配比，如将第四分区R4的输出能量T3与该分区的能量权值乘法运算，得到第四分区R4各个能量权值位置处的输出能量分布。
S206、将N个分区的输出能量分布叠加，最终获得耦入区的输出能量分布。
具体的，将4个将第一分区R1、第二分区R2、第三分区R3、第四分区R4的输出能量分布叠加，最终获得耦入区的输出能量分布。
在其他实施例中，当分区为N个，将N个分区的输出能量分布叠加，最终获得耦入区的输出能量分布。
本申请实施例提供的计算方法，针对耦入区的结构以及光能量传递的规律，将耦入区划分不同步长区域，根据不同步长区内不同的能量衰减特性进行分别计算，采用以线段长度作为能量权值的方式计算输出能量的大小，可以准确获得耦入区的偶出能量分布，既能确保计算精度，又能降低运算复杂度，有利于提高耦入区的偶出能量分布的计算，为后续耦出区的设计提供参考依据。
图8为本发明提供的又一种波导片耦入区的划分示意图；图9为本发明提供的又一种波导片耦入区的划分示意图；图10为本发明提供的又一种波导片耦入区输出能量分布的计算方法示意图。在其他实施例中，耦入区的形状还可以为其他规格，结合图8所示，可选的，耦入区20的形状为矩形，耦入区20包括相邻的第一侧边M1和第二侧边M2，入射光线S的传播方向与第一侧边M1平行。在其他实施例中，耦入区的形状还可以为其他规格，结合图9所示，可选的，耦入区20的形状为梯形，耦入区20包括相互平行的第三侧边M3和第四侧边M4，入射光线S的传播方向与第三侧边M3垂直，结合图10所示，本发明实施例提供的波导片耦入区输出能量分布的的计算方法包括：
S301、沿第一方向，以步长为单位将第一侧边进行分区，将耦入区划分为N个分区。
具体的，结合图8所示，沿入射光线S的传播方向的反方向，将耦入区20以步长step为单位分区成第一分区R11、第二分区R21、第三分区R31、第四分区R41、第五分区R51，其中，沿入射光线S的传播方向，第一分区R11、第二分区R21、第三分区R31、第四分区R41的宽度分别为step，第五分区R51的宽度小于或者等于第一分区R11的宽度step，以保证充分划分。
或者，结合图9所示，沿第一方向，以步长为单位将第三侧边和第四侧边之间进行分区，将耦入区划分为N个分区。
具体的，沿入射光线S的传播方向的反方向，将耦入区20以步长step为单位将第三侧边M3和第四侧边M4之间分区成第一分区R12、第二分区R22、第三分区R32、第四分区R42、第五分区R52，其中，沿入射光线S的传播方向，计算第一分区R12、第二分区R22、第三分区R32、第四分区R42的宽度，第五分区R51的宽度小于或者等于第一分区R11的宽度step，以保证充分划分。
S302、沿第二方向，以预设距离为采样单位依次获取分区沿第一方向的N个宽度。
结合图8所示，第一分区R11、第二分区R21、第三分区R31、第四分区R41、沿预设距离dh为采样单位获取的宽度均为step。第五分区R51的宽度小于或者等于第一分区R11的宽度step。
S303、将N个宽度归一化处理，将归一化的宽度作为该分区的能量权值。
其中，N为正整数；第二方向和第一方向正交，第二方向和第一方向均与耦入区的耦入面平行。
参考上述实施例步骤204所示，结合图8所示，将获取到的第一分区R11内的所有虚线段的长度叠加获得总长度值，每个虚线段的长度在总长度值中的占比，为第一分区R11内该虚线段处对应的能量权值。
依次类推，获得第二分区R21、第三分区R31、第四分区R41、第五分区R51中虚线段处对应的能量权值。
S304、计算分区的输出能量。
具体的，结合图8所示，根据耦入区的衍射系数以及入射光线在各个分区的衰减系数，采用公式(1.1)计算第一分区R11的输出能量T11；第二分区R21的输出能量T21；第三分区R31的输出能量T31；第四分区R41的输出能量T41；第五分区R51的输出能量T51。
S305、根据各个分区的输出能量以及该分区的能量权值的配比，计算得到各个分区的能量分布。
参考上述实施例步骤205所示，结合图8所示，获取将第一分区R11的输出能量T11按照各个虚线段处对应的能量权值进行配比，如将第一分区R11的输出能量T11与该分区的能量权值乘法运算，得到第一分区R11各个能量权值位置处的输出能量分布。
依次类推，获得第二分区R21、第三分区R31、第四分区R41、第五分区R51各个能量权值位置处的输出能量分布。
S306、将N个分区的输出能量分布叠加，最终获得耦入区的输出能量分布。
具体的，通过上述步骤205获得5个将分区的输出能量分布叠加，最终获得耦入区的输出能量分布。
现有技术中，可以通过计算耦入区内每一束入射光的输出能量而得到最终输出值，然而，此现有的算法若要保证运算精度，就需要计算足够密集的光线，运算量大。相比而言，本发明中所采用的算法，相当于用线代替了点，运算量降低了一个维度，且能保证足够的精度。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，本发明的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种波导片耦入区输出能量分布的计算方法，所述波导片包括波导基底以及位于所述波导基底至少一侧表面的耦入区，入射光线经所述耦入区耦入波导基底，其特征在于，所述计算方法包括：
沿第一方向，以步长为单位将所述耦入区划分为N个分区；其中，N≥1，且N为正整数；所述第一方向与所述入射光线的传播方向相反；
获取N个所述分区的输出能量以及所述分区的能量权值的配比，根据N个所述分区的输出能量和能量权值，计算得到N个所述分区的输出能量分布；
将N个所述分区的输出能量分布叠加，获得所述耦入区的输出能量分布。
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述耦入区的形状为圆形，以所述耦入区为第一参考圆；
沿第一方向，以步长为单位将所述耦入区划分为N个分区，包括：
沿所述第一方向，将所述第一参考圆以步长为单位依次移动N-1次，获得N-1个参考圆，N-1个所述参考圆与所述耦入区相交且将所述耦入区划分成N个分区；其中，第N次移动获得的参考圆与所述耦入区无交集。
3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述耦入区的形状为矩形，所述耦入区包括相邻的第一侧边和第二侧边，所述入射光线的传播方向与所述第一侧边平行；
沿第一方向，以步长为单位将所述耦入区划分为N个分区，包括：
沿第一方向，以步长为单位将所述第一侧边进行分区，将所述耦入区划分为N个分区。
4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述耦入区的形状为梯形，所述耦入区包括相互平行的第三侧边和第四侧边，所述入射光线的传播方向与所述第三侧边垂直；
沿第一方向，以步长为单位将所述耦入区划分为N个分区，包括：
沿第一方向，以步长为单位将所述第三侧边和所述第四侧边之间进行分区，将所述耦入区划分为N个分区。
5.根据权利要求3或4所述的计算方法，其特征在于，N个所述分区包括第一分区和第N分区；
沿所述第一方向，所述第N分区的宽度小于或者等于所述第一分区的宽度。
6.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，获取N个所述分区的输出能量以及所述分区的能量权值的配比，根据N个所述分区的输出能量和能量权值，计算得到N个所述分区的输出能量分布，包括：
沿第二方向，以预设距离为采样单位依次获取所述分区沿所述第一方向的N个宽度；
将N个所述宽度归一化处理，将归一化的宽度作为该所述分区的能量权值；其中，N为正整数；所述第二方向和所述第一方向正交，所述第二方向和所述第一方向均与所述耦入区的耦入面平行；
计算所述分区的输出能量；
根据各个所述分区的输出能量以及该所述分区的能量权值的配比，计算得到各个所述分区的能量分布。
7.根据权利要求6所述的计算方法，其特征在于，所述分区包括第x分区，计算所述分区的输出能量，包括：
根据所述耦入区的衍射系数以及所述入射光线在各个分区的衰减系数，采用如下公式计算所述第x分区的输出能量Tx：
Tx＝T0*Ta*Tbx-1；x＝1,……，N；
其中，T0为所述入射光线耦入所述耦入区出射能量，Ta为所述入射光线耦入所述耦入区经过一次衍射设的衍射系数；Tb为所述入射光线在所述波导基底光栅位置处发生一次反射后光能量的衰减系数。
8.根据权利要求6所述的计算方法，其特征在于，根据各个所述分区的输出能量以及该所述分区的能量权值的配比，计算得到各个所述分区的能量分布，包括：
将所述分区的输出能量与该所述分区的能量权值乘法运算，得到该所述分区各个能量权值位置处的输出能量分布。
9.一种波导片，其特征在于，采用权利要求1-8所述的计算方法计算波导片耦入区的输出能量分布，所述波导片还包括耦出区，所述入射光线经所述耦入区耦入所述波导基底后经所述耦出区衍射后耦出。
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