CN118091821A - 衍射光波导装置、ar显示系统及耦入光栅的设计方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种衍射光波导装置，包括光机、偏振分光组件和波导：光机配置成出射非偏振光；波导包括耦入光栅，耦入光栅包括第一耦入光栅和第二耦入光栅；偏振分光组件设置在光机的光路下游，并且设置在耦入光栅的光路上游；偏振分光组件配置成将光机出射的非偏振光调制为第一偏振光和第二偏振光；并配置成将第一偏振光耦入第一耦入光栅，将第二偏振光耦入第二耦入光栅；光机、偏振分光组件和第一耦入光栅形成针对第一偏振光的第一光路；光机、偏振分光组件和第二耦入光栅形成针对第二偏振光的第二光路；第一偏振光和第二偏振光的偏振态相同或不同；第一偏振光和第二偏振光分别为S偏振光和P偏振光中的任一种。本公开的衍射光波导装置，可以通过不同的光路实现相同偏振态的光路输出，还可以通过不同的光路实现不同偏振态的光路输出，具备更优的性能。

Description

衍射光波导装置、AR显示系统及耦入光栅的设计方法

技术领域

本公开大致涉及光学领域，尤其涉及衍射光波导装置、AR显示系统以及耦入光栅的设计方法。

背景技术

随着科学技术的发展，增强现实(Augmented Reality，AR)技术作为一种十分智能、便携的显示技术正慢慢的走向大众，其主要特点是将虚拟画面叠加在现实场景之上，可以实现让人们在观看虚拟画面的同时还可以观看现实场景。也正是由于AR显示具有如上特点，目前该项技术在安防、教育、医疗、军工、工业、娱乐等行业得到了越来越的广泛应用。

衍射光波导装置常用于AR显示系统，但目前的一些衍射光波导装置，性能不够好，例如不能实现相同偏振态的入射光的双路输出，或者不能实现不同偏振态的入射光的分路输出，或者需要在光机内部实现入射光的偏振态分离，或者需要多个光机，尺寸不够小，不利于整个装置的小型化并且功耗高。因此，如何优化衍射光波导装置的结构，使其具备更优的性能，是本领域需要解决的技术问题。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

针对现有技术存在问题中的一个或多个，本公开提供一种衍射光波导装置，可以通过不同的光路实现相同偏振态的光路输出，还可以通过不同的光路实现不同偏振态的光路输出，具备更优的性能。

所述衍射光波导装置包括光机、偏振分光组件和波导：

其中，所述光机配置成出射非偏振光；

所述波导包括耦入光栅，所述耦入光栅包括第一耦入光栅和第二耦入光栅；

所述偏振分光组件设置在所述光机的光路下游，并且设置在所述耦入光栅的光路上游；所述偏振分光组件配置成将所述光机出射的非偏振光调制为第一偏振光和第二偏振光；并配置成将所述第一偏振光耦入所述第一耦入光栅，将所述第二偏振光耦入所述第二耦入光栅；

其中，所述光机、所述偏振分光组件和所述第一耦入光栅形成针对所述第一偏振光的第一光路；

所述光机、所述偏振分光组件和所述第二耦入光栅形成针对所述第二偏振光的第二光路；

其中，所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振态相同或不同；

其中，所述第一偏振光和所述第二偏振光分别为S偏振光和P偏振光中的任一种。

可选地，其中所述第一偏振光和所述第二偏振光均为P偏振光；或所述第一偏振光和所述第二偏振光均为S偏振光。

可选地，其中所述偏振分光组件包括光路转折器、偏振分束器和旋偏器，其中

所述光路转折器配置成将入射其上的所述非偏振光进行偏折；

所述偏振分束器配置成将入射其上的所述非偏振光进行偏振分离；

所述旋偏器配置成将入射其上的偏振光的偏振态进行旋转。

可选地，其中所述光路转折器包括棱镜；所述偏振分束器包括嵌入所述棱镜内部的分光面；

所述分光面配置成将入射其上的一部分所述非偏振光反射或透射，形成S偏振光，并配置成将入射其上的另一部分所述非偏振光透射或反射，形成P偏振光；

所述旋偏器配置成将所述S偏振光调制为P偏振光；或将所述P偏振光调制为S偏振光。

可选地，其中所述旋偏器设置在所述棱镜外部，并且设置在所述S偏振光的光路下游；经所述旋偏器调制后的P偏振光为所述第一偏振光，经所述分光面透射的P偏振光为所述第二偏振光。

可选地，其中所述旋偏器设置在所述棱镜外部，并且设置在所述P偏振光的光路下游，经所述分光面反射的S偏振光在所述棱镜的表面上全反射后出射的S偏振光为所述第一偏振光，经所述旋偏器调制后的S偏振光为所述第二偏振光；所述第一偏振光和所述第二偏振光的方向平行于所述非偏振光的方向。

可选地，其中所述旋偏器设置在所述棱镜内部，并且设置在所述P偏振光的光路下游；经所述分光面反射的S偏振光为所述第一偏振光；经所述旋偏器调制后的S偏振光在所述棱镜的表面上全反射后出射的S偏振光为所述第二偏振光；所述第一偏振光和所述第二偏振光的方向垂直于所述非偏振光的方向。

可选地，其中所述旋偏器包括二分之一波片，所述二分之一波片贴附在所述棱镜的表面上。

可选地，其中所述第一偏振光为S偏振光，所述第二偏振光为P偏振光。

可选地，其中所述偏振分光组件包括光路转折器和偏振分束器；所述光路转折器包括棱镜；所述偏振分束器包括嵌入所述棱镜内部的分光面；所述分光面配置成将入射其上的一部分所述非偏振光反射或透射，形成S偏振光，并配置成将入射其上的另一部分所述非偏振光透射或反射，形成P偏振光。

可选地，其中经所述分光面反射的S偏振光在所述棱镜的表面上全反射后出射的S偏振光为所述第一偏振光；经所述分光面透射的P偏振光为所述第二偏振光。

可选地，其中所述第一耦入光栅和所述第二耦入光栅并排设置在所述波导的同一侧；所述第一耦入光栅和所述第二耦入光栅的光栅参数分别由入射其上的所述第一偏振光和所述第二偏振光的光学参数确定。

可选地，其中所述光学参数包括衍射角、偏振态、综合耦入效率和非均匀性中的一个或多个。

可选地，其中所述光栅参数包括光栅类型、光栅周期、光栅倾斜角、占空比和光栅深度中的一个或多个；其中所述光栅类型包括透射式矩形光栅、透射式斜齿光栅和反射式闪耀光栅中的任一种。

可选地，其中所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振态相同，所述第一耦入光栅和所述第二耦入光栅的至少部分光栅参数相同；或所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振态不同，所述第一耦入光栅和所述第二耦入光栅的至少部分光栅参数不同。

可选地，其中所述波导还包括耦出光栅，所述耦出光栅设置在所述波导上，所述耦出光栅配置成将所述第一偏振光经由所述第一耦入光栅耦入至所述波导内传播的光耦出所述波导；将所述第二偏振光经由所述第二耦入光栅耦入至所述波导内传播的光耦出所述波导。

可选地，还包括转折光栅，其中所述转折光栅设置在所述波导上，并位于所述耦入光栅与所述耦出光栅之间的光路中；所述转折光栅配置成将所述第一偏振光经由所述第一耦入光栅入射至所述转折光栅的光进行偏折和/或扩瞳；和/或所述转折光栅配置成将所述第二偏振光经由所述第二耦入光栅入射至所述转折光栅的光进行偏折和/或扩瞳。

可选地，其中沿着所述第一偏振光和第二偏振光的光路方向，所述转折光栅的尺寸增大。

可选地，其中所述光机包括光源，所述光源包括LCOS、DLP和MicroLED中的任一种或多种。

本公开还提供另一种衍射光波导装置，包括光机、偏振分光组件和波导；

其中，所述光机配置成出射第一非偏振光；

所述波导包括耦入光栅，所述耦入光栅包括第一耦入光栅和第二耦入光栅；

所述偏振分光组件设置在所述光机的光路下游，并且设置在所述耦入光栅的光路上游；所述偏振分光组件配置成将所述光机出射的所述第一非偏振光调制为第一偏振光和第二非偏振光；并配置成将所述第一偏振光耦入至所述第一耦入光栅，将所述第二非偏振光耦入至所述第二耦入光栅；

其中，所述光机、所述偏振分光组件和所述第一耦入光栅形成针对所述第一偏振光的第一光路；

所述光机、所述偏振分光组件和所述第二耦入光栅形成针对所述第二非偏振光的第二光路；

其中，所述第一偏振光为S偏振光和P偏振光中的任一种。

可选地，其中所述偏振分光组件包括光路转折器和偏振分束器；所述光路转折器包括棱镜；所述偏振分束器包括嵌入所述棱镜内部的分光面；所述分光面配置成将入射其上的一部分所述第一非偏振光反射或透射，形成S偏振光，所述S偏振光为所述第一偏振光，并配置成将入射其上的另一部分所述第一非偏振光透射或反射，形成P偏振光，所述P偏振光经所述棱镜表面调制，形成所述第二非偏振光。

本公开还提供一种AR显示系统，包括如上所述的一种衍射光波导装置；和/或如上所述的另一种衍射光波导装置。

可选地，其中所述AR显示系统包括一维单光机单目显示系统、一维单光机双目显示系统和二维单光机双目系统中的任一种。

本公开还提供一种耦入光栅的设计方法，包括：

基于不同入射光，对所述耦入光栅进行参数扫描，得到针对所述不同入射光的随衍射角变化的输出特性曲线；

基于所述针对不同入射光的输出特性曲线，确定针对不同入射光的输出特性的优化值、以及输出特性的优化值所对应的光栅参数的优化值；和

根据所述光栅参数的优化值，设计如上所述的第一耦入光栅和/或第二耦入光栅；

其中，所述不同入射光包括非偏振光、S偏振光和P偏振光。

可选地，所述耦入光栅的光栅参数包括光栅类型、光栅周期、光栅倾斜角、占空比和光栅深度中的一个或多个；所述光栅类型包括透射式矩形光栅、透射式斜齿光栅和反射式闪耀光栅中的任一种。

可选地，其中所述输出特性包括综合耦入效率和非均匀性。

附图说明

附图用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开的实施例一起用于解释本公开，并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1a示出了根据本公开一些实施例的衍射光波导装置的示意图。

图1b示出了根据本公开一些实施例的S偏振光的示意图。

图1c示出了根据本公开一些实施例的P偏振光的示意图。

图2示出了根据本公开一些优选实施例的衍射光波导装置的示意图。

图3示出了根据本公开另一些优选实施例的衍射光波导装置的示意图。

图4示出了根据本公开另一些优选实施例的衍射光波导装置的示意图。

图5示出了根据本公开另一些优选实施例的衍射光波导装置的示意图。

图6示出了根据本公开一些实施例的衍射光波导装置的示意图。

图7示出了根据本公开一些实施例的透射式矩形光栅的示意图。

图8示出了根据本公开一些实施例的透射式斜齿光栅的示意图。

图9示出了根据本公开一些实施例的AR显示系统的示意图。

图10示出了根据本公开另一些实施例的AR显示系统的示意图。

图11示出了根据本公开另一些实施例的AR显示系统的示意图。

图12示出了根据本公开一些实施例的耦入光栅的设计方法的流程图。

图13a至图13c分别示出了根据本公开一些实施例的基于不同入射光对耦入光栅进行参数扫描，得到的随衍射角变化的输出特性曲线的示意图。

图14a至图14f分别示出了根据本公开另一些实施例的基于不同入射光，对耦入光栅进行参数扫描，得到的随衍射角变化的输出特性曲线的示意图。

图15a至图15f分别示出了根据本公开又一些实施例的基于不同入射光，对耦入光栅进行参数扫描，得到的随衍射角变化的输出特性曲线的示意图。

图16示出了根据本公开一些实施例的光线经耦入光栅入射至波导中传输的示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。

本公开提供一种衍射光波导装置。图1a示出了根据本公开一些实施例的衍射光波导装置100的示意图。如图1a所示，衍射光波导装置100包括光机10、偏振分光组件20和波导30。光机10配置成出射非偏振光L。波导30包括耦入光栅(coupled-in grating)31，耦入光栅31包括第一耦入光栅311和第二耦入光栅312。偏振分光组件20设置在光机10的光路下游，并且设置在耦入光栅31的光路上游。偏振分光组件20配置成将光机10出射的非偏振光L调制为第一偏振光L1和第二偏振光L2；并配置成将第一偏振光L1耦入第一耦入光栅311，将第二偏振光L2耦入第二耦入光栅312。光机10、偏振分光组件20和第一耦入光栅311形成针对第一偏振光L1的第一光路。光机10、偏振分光组件20和第二耦入光栅312形成针对第二偏振光L2的第二光路。第一偏振光L1和第二偏振光L2的偏振态相同或不同。第一偏振光L1和第二偏振光L2分别为S偏振光和P偏振光中的任一种。换言之，第一偏振光L1和第二偏振光L2可以均为P偏振光。第一偏振光L1和第二偏振光L2也可以均为S偏振光。或者，第一偏振光L1和第二偏振光L2其中一个为P偏振光，另一个为S偏振光。本公开的衍射光波导装置，通过光机、偏振分光组件和波导的协同作用，可以通过不同的光路实现相同偏振态的光路输出，还可以通过不同的光路实现不同偏振态的光路输出，具备更优的性能。换言之，本公开的衍射光波导装置，通过不同的光路可以实现S偏振光的双路输出，也可以实现P偏振光的双路输出，还可以实现S偏振光和P偏振光的分路输出。

对于一束非偏振光束，可以将其分解为S偏振光和P偏振光。如图1b所示，当入射光束的偏振方向垂直于纸面（平行于栅线方向）时，该入射光束为S偏振光（TE波或者S波）。如图1c所示，当入射光束的偏振方向平行于纸面（垂直于栅线方向）时，该入射光束为P偏振光（TM波或者P波）。

如图1a所示，光机10包括光源101，光源101可以出射非偏振光L。在一些实施例中，光源101可以包括LCOS、DLP和MicroLED中的任一种或多种。

在一些实施例中，偏振分光组件20可以包括光路转折器、偏振分束器和旋偏器。光路转折器配置成将入射其上的非偏振光进行偏折。偏振分束器配置成将入射其上的非偏振光进行偏振分离。旋偏器配置成将入射其上的偏振光的偏振态进行旋转。

下面介绍本公开的衍射光波导装置的一些具体结构。

图2示出了根据本公开一些优选实施例的衍射光波导装置200的示意图。如图2所示，衍射光波导装置200包括光机10、偏振分光组件20和波导30。偏振分光组件20包括光路转折器21、偏振分束器22和旋偏器23。光路转折器21可以采用棱镜，例如，图中示例性示出的平行四边形棱镜211和直角三角棱镜212。偏振分束器22可以为嵌入棱镜内部的分光面（分光膜）。分光面配置成将入射其上的一部分非偏振光L反射或透射（图中示出的是反射），形成S偏振光，并配置成将入射其上的另一部分非偏振光L透射或反射（图中示出的是透射），形成P偏振光。光路转折器21和偏振分束器22可以组合形成偏振分光棱镜（PBS）。具体而言，光路转折器21可以采用平行四边形棱镜211和直角三角棱镜212，平行四边形棱镜211和直角三角棱镜212相对的斜面可以贴附或镀制分光膜之后胶合在一起，形成PBS。旋偏器23可以设置在棱镜外部，并且设置在S偏振光的光路下游。如图2所示，旋偏器23可以采用二分之一波片（半波片），二分之一波片可以贴附在棱镜21的表面上，即可以贴附在平行四边形棱镜211的出光面e1上。此外，旋偏器23也可以采用超表面旋偏器等能够实现偏振态旋转的类似器件。旋偏器23配置成将S偏振光调制为P偏振光。如图2所示，经分光面反射的S偏振光在平行四边形棱镜211的表面e3上全反射之后，经旋偏器23调制后的P偏振光为第一偏振光L1，经分光面透射的P偏振光经棱镜212的出光面e2出射后的光为第二偏振光L2。换言之，第一偏振光L1和第二偏振光L2均为P偏振光。第一偏振光L1和第二偏振光L2的方向可以平行于非偏振光L的方向。通过衍射光波导装置200，可以通过不同的光路输出双路P偏振光。

图3示出了根据本公开另一些优选实施例的衍射光波导装置300的示意图。衍射光波导装置300的结构与衍射光波导装置200的结构基本相同，两者的区别在于，如图3所示，衍射光波导装置300中，旋偏器23可以设置P偏振光的光路下游。换言之，旋偏器23可以贴附在直角三角棱镜212的出光面e2上。旋偏器23配置成将P偏振光调制为S偏振光。经旋偏器23调制后的S偏振光为第二偏振光L2。经分光面反射的S偏振光在棱镜211的表面上全反射后出射的S偏振光为第一偏振光L1。换言之，第一偏振光L1和第二偏振光L2均为S偏振光。第一偏振光L1和第二偏振光L2的方向可以平行于非偏振光L的方向。通过衍射光波导装置300，可以通过不同的光路输出双路S偏振光。

在另一些实施例中，偏振分光组件20可以包括光路转折器和偏振分束器，不包括旋偏器。光路转折器配置成将入射其上的非偏振光进行偏折。偏振分束器配置成将入射其上的非偏振光进行偏振分离。下面具体介绍。

图4示出了根据本公开另一些优选实施例的衍射光波导装置400的示意图。如图4所示，衍射光波导装置400中，旋偏器23可以设置在棱镜21内部，并且设置在P偏振光的光路下游。经分光面反射的S偏振光经棱镜211出射后的光为第一偏振光L1。经旋偏器23调制后的S偏振光在棱镜212的表面e4上全反射后出射的S偏振光为第二偏振光L2。换言之，第一偏振光L1和第二偏振光L2均为S偏振光。第一偏振光L1和第二偏振光L2的方向可以垂直于非偏振光L的方向。通过衍射光波导装置400，也可以通过不同的光路输出双路S偏振光。

图5示出了根据本公开另一些优选实施例的衍射光波导装置500的示意图。如图5所示，衍射光波导装置500包括光机10、偏振分光组件20和波导30。偏振分光组件20包括光路转折器21和偏振分束器22。光路转折器21可以采用棱镜，例如，图中示例性示出的平行四边形棱镜211和直角三角棱镜212。偏振分束器22包括嵌入棱镜内部的分光面。分光面配置成将入射其上的一部分非偏振光L反射或透射（图中示出的是反射），形成S偏振光，并配置成将入射其上的另一部分非偏振光L透射或反射（图中示出的是透射），形成P偏振光。经分光面22反射的S偏振光在棱镜211的表面上全反射后出射的S偏振光为第一偏振光L1。经分光面22透射的P偏振光经棱镜212出射后的光为第二偏振光L2。换言之，第一偏振光L1为S偏振光；第二偏振光L2为P偏振光。第一偏振光L1和第二偏振光L2的方向可以平行于非偏振光L的方向。通过衍射光波导装置500，可以通过不同的光路输出单路S偏振光和单路P偏振光。

图1a至图5的实施例对本公开一些实施例的衍射光波导装置100~500进行了介绍，衍射光波导装置100~500，能够通过不同的光路实现双路S偏振光输出，或者通过不同的光路实现双路P偏振光输出，或者通过不同的光路实现S偏振光和P偏振光的分路输出。

本公开还提供一种衍射光波导装置600。图6示出了根据本公开一些实施例的衍射光波导装置600的示意图。如图6所示，衍射光波导装置600包括光机10、偏振分光组件20和波导30。光机10配置成出射第一非偏振光Light1。波导30包括耦入光栅31，耦入光栅31包括第一耦入光栅311和第二耦入光栅312。偏振分光组件20设置在光机10的光路下游，并且设置在耦入光栅31的光路上游。偏振分光组件20配置成将光机10出射的第一非偏振光Light1调制为第一偏振光L1和第二非偏振光Light2；并配置成将第一偏振光Light1耦入至第一耦入光栅311，将第二非偏振光Light2耦入至第二耦入光栅312。光机10、偏振分光组件20和第一耦入光栅311形成针对第一偏振光Light1的第一光路。光机10、偏振分光组件20和第二耦入光栅312形成针对第二非偏振光Light2的第二光路。所述第一偏振光L1为S偏振光和P偏振光中的任一种。偏振分光组件20包括光路转折器21和偏振分束器22。光路转折器21包括棱镜，棱镜可以采用平行四边形棱镜211和直角三角棱镜212。偏振分束器22包括嵌入棱镜内部的分光面。分光面配置成将入射其上的一部分第一非偏振光Light1反射或透射，形成S偏振光（图中示出了反射），所述S偏振光经棱镜211出射后的光为第一偏振光L1，并配置成将入射其上的另一部分第一非偏振光Light1透射或反射（图中示出了透射），形成P偏振光，所述P偏振光经棱镜212表面e4调制，发生退偏，形成第二非偏振光Light2。换言之，本实施例中，第一偏振光L1为S偏振光，第二非偏振光Light2为S偏振光和P偏振光的混合。需要说明的是，虽图中未示，第一偏振光L1也可以为P偏振光，在实际应用中，可以根据实际情况灵活设置分光面的设置方式。

在一些实施例中，光路转折器21的出光面可以镀制增透膜，如图2示例性示出的，可以分别在平行四边形棱镜211的出光面e1和直角三角棱镜212的出光面e2镀制增透膜，可以增大透光率，减小光反射率，减少光损耗，减少光路串扰，提高光利用率，提高光路质量。可以理解的是，图3至图6的实施例中，均可以在光路转折器21的出光面镀制增透膜，此处不再赘述。

在一些实施例中，如图1a至图6所示，第一耦入光栅311和第二耦入光栅312可以并排设置在波导30的同一侧。第一耦入光栅311和第二耦入光栅312的光栅参数可以分别由入射其上的第一偏振光L1和第二偏振光L2的光学参数确定。

光栅参数包括光栅类型（grating type）、光栅周期（grating period）、光栅倾斜角（grating inclination angle）、占空比（duty cycle）和光栅深度（grating depth）中的一个或多个。光栅类型包括透射式矩形光栅（Transmission rectangular grating）、透射式斜齿光栅（transmission helical grating）和反射式闪耀光栅（reflective blazedgratin）中的任一种。

光学参数包括衍射角（diffraction angle）、偏振态（polarization state）、综合耦入效率（comprehensive coupling efficiency）和非均匀性（non-uniform）中的一个或多个。

在一些实施例中，第一偏振光L1和第二偏振光L2的偏振态相同，第一耦入光栅311和第二耦入光栅312的至少部分光栅参数相同。

例如，参照图2所示的衍射光波导装置200，第一偏振光L1和第二偏振光L2的偏振态相同均为P偏振光，第一耦入光栅311和第二耦入光栅312的光栅类型可以均为透射式矩形光栅，参照图7示例性示出的，两者的光栅倾斜角可以为90°。可选的，第一耦入光栅311和第二耦入光栅312的光栅周期可以相同，例如光栅周期Period可以为390nm。可选的，第一耦入光栅311和第二耦入光栅312的光栅深度可以相同，例如光栅深度Depth可以为300nm（0.3um）。可选的，第一耦入光栅311和第二耦入光栅312的光栅折射率n1可以为1.9，两者的波导30的基底的折射率n2可以为1.7，波导30的基底的厚度可以为0.5mm。

又例如，参照图3和图4所示的衍射光波导装置300和400，第一偏振光L1和第二偏振光L2的偏振态相同均为S偏振光，则第一耦入光栅311和第二耦入光栅312的光栅类型可以均为透射式斜齿光栅，参照图8示例性示出的，两者的光栅倾斜角θ可以为60°等。可选的，第一耦入光栅311和第二耦入光栅312的光栅周期可以相同，例如光栅周期Period可以为390nm。可选的，第一耦入光栅311和第二耦入光栅312的光栅深度可以相同，例如光栅深度Depth可以为300nm（0.3um）。可选的，第一耦入光栅311和第二耦入光栅312的光栅折射率n1可以为1.9，两者的波导30的基底的折射率n2可以为1.7，波导30的基底的厚度可以为0.5mm。

可选的，第一偏振光L1和第二偏振光L2的偏振态相同，第一耦入光栅311和第二耦入光栅312可以采用光栅参数完全相同的光栅结构。

在一些实施例中，第一偏振光L1和第二偏振光L2的偏振态不同，第一耦入光栅311和第二耦入光栅312的至少部分光栅参数不同。例如，参照图5所示的衍射光波导装置500，第一偏振光L1为S偏振光，第二偏振光L2为P偏振光。针对衍射光波导装置500，第一耦入光栅311和第二耦入光栅312的光栅类型可以不同，例如第一耦入光栅311可以采用图8所示的透射式斜齿光栅，第二耦入光栅312可以采用图7所示的透射式矩形光栅。

可选的，第一偏振光L1和第二偏振光L2的偏振态不同，第一耦入光栅311和第二耦入光栅312也可以采用光栅参数完全不同的光栅结构，具体可根据实际情况灵活设置。

需要说明的是，第一偏振光L1和第二偏振光L2的偏振态相同或不同，第一耦入光栅311和第二耦入光栅312可以具有相同的光栅周期和栅线朝向，并且应当沿着线栅或者接近线栅的方向排布，避免沿着光束传播路径方向排布。

在一些实施例中，衍射光波导装置还可以包括耦出光栅(coupled-out grating)。如图1a所示，耦出光栅32可以设置在波导30上，耦出光栅32配置成将第一偏振光L1经由第一耦入光栅311耦入至波导30内传播的光耦出波导30；将第二偏振光L2经由第二耦入光栅312耦入至波导30内传播的光耦出波导30。类似的，图2至图6的实施例中，均可以设置耦出光栅。需要说明的是，图1a的实施例中，耦出光栅32和耦入光栅31设置在波导30的同一侧，虽图中未示，耦出光栅32可以和耦入光栅31设置在波导30的两侧，这些均在本公开的保护范围之内，视实际情况而定。

在一些实施例中，衍射光波导装置还可以包括转折光栅(fold/turn grating)。如图9和图10所示，转折光栅33可以设置在波导30上，并位于耦入光栅31与耦出光栅32之间的光路中。在一些实施例中，如图1a至图6、图9、图10所示，转折光栅33配置成将第一偏振光L1经由第一耦入光栅311入射至转折光栅33的光进行偏折和/或扩瞳；和/或转折光栅33配置成将第二偏振光L2经由第二耦入光栅312入射至转折光栅33的光进行偏折和/或扩瞳。沿着第一偏振光L1和第二偏振光L2的光路方向，转折光栅33的尺寸增大，使得入射其上的光能够进一步进行偏折和/或扩瞳。

本公开还提供一种AR显示系统，AR显示系统包括如上所述的衍射光波导装置100~500；和/或AR显示系统包括如上所述的衍射光波导装置600。

图9示出了根据本公开一些实施例的AR显示系统700的示意图。如图9所示， AR显示系统700可以为一维单光机单目显示系统。通过单光机和转折光栅，可以在减小整个AR显示系统的尺寸的基础上，实现一维单目偏折和/或扩瞳，具备更优的成像效果，并且可以降低功耗。

图10示出了根据本公开另一些实施例的AR显示系统800的示意图。如图10所示，AR显示系统800可以为一维单光机双目显示系统。通过单光机和转折光栅，可以在减小整个AR显示系统的尺寸的基础上，实现一维双目偏折和/或扩瞳，具备更优的成像效果，并且可以降低功耗。

图11示出了根据本公开又一些实施例的AR显示系统900的示意图。如图11所示，AR显示系统900可以为二维单光机双目系统。通过单光机和转折光栅，可以在减小整个AR显示系统的尺寸的基础上，实现二维双目偏折和/或扩瞳，具备更优的成像效果，并且可以降低功耗。

本公开还提供一种耦入光栅的设计方法。图12示出了根据本公开一些实施例的耦入光栅的设计方法1000的流程图。如图12所示，设计方法1000包括步骤S1100~S1300。

在步骤S1100，基于不同入射光，对耦入光栅进行参数扫描，得到针对不同入射光的随衍射角变化的输出特性曲线。不同入射光包括非偏振光、S偏振光和P偏振光。耦入光栅的光栅参数可以包括光栅类型、光栅周期、光栅倾斜角、占空比和光栅深度中的一个或多个。光栅类型包括透射式矩形光栅、透射式斜齿光栅和反射式闪耀光栅中的任一种。输出特性可以包括综合耦入效率和非均匀性。在步骤S1200，基于针对不同入射光的输出特性曲线，确定针对不同入射光的输出特性的优化值、以及输出特性的优化值所对应的光栅参数的优化值。在步骤S1300，根据光栅参数的优化值，设计如上所述的第一耦入光栅311和/或第二耦入光栅312。

图13a至图13c分别示出了根据本公开一些实施例的基于非偏振光、S偏振光、P偏振光，对耦入光栅进行参数扫描，得到的随衍射角变化的输出特性曲线的示意图。表1示出了图13a至图13c的实施例中，不同入射光对应的光栅的优化值及输出特性。衍射角变化范围例如为Fov_x:-10°~10°，Fov_y:-9°。耦入光栅例如为透射式斜齿光栅。可以对透射式斜齿光栅的倾斜角、占空比和深度进行三维参数扫描，得到图13a至图13c所示的输出特性曲线。

表1

如图13a和表1所示，基于非偏振光的输出特性曲线，可以确定非偏振光的输出特性的优化值：如图中点A所示的，综合耦入效率为26.3%，非均匀性为26.7%。该输出特性的优化值所对应的透射式斜齿光栅的参数的优化值为：倾斜角为68°，光栅占空比为0.46，光栅深度为445nm。根据该光栅的参数的优化值，可以设计类似图8示例性示出的第一耦入光栅311和/或第二耦入光栅312，可以应用于图1a至图6的衍射光波导装置100~600中。类似的，如图13b和表1所示，基于S偏振光的输出特性曲线，可以确定S偏振光的输出特性的优化值：如图中点B所示的，综合耦入效率为29.9%，非均匀性为33.5%。该输出特性的优化值所对应的透射式斜齿光栅的参数的优化值为：倾斜角为66°，光栅占空比为0.46，光栅深度为460nm。根据该光栅的参数的优化值，也可以设计类似图8示例性示出的第一耦入光栅311和/或第二耦入光栅312，可以应用于图1a至图6的衍射光波导装置100~600中。

同理，如图13c和表1所示，基于P偏振光的输出特性曲线，可以确定P偏振光的输出特性的优化值：如图中点C所示的，综合耦入效率为27.0%，非均匀性为40.2%。该输出特性的优化值所对应的透射式斜齿光栅的参数的优化值为：倾斜角为64°，光栅占空比为0.38，光栅深度为315nm。根据该光栅的参数的优化值，也可以设计类似图8示例性示出的第一耦入光栅311和/或第二耦入光栅312，可以应用于图1a至图6的衍射光波导装置100~600中。

图14a至图14f分别示出了根据本公开另一些实施例的基于非偏振光、S偏振光、P偏振光，对耦入光栅进行参数扫描，得到的随衍射角变化的输出特性曲线的示意图。表2示出了图14a至图14f的实施例中，不同入射光对应的光栅的优化值及输出特性。衍射角变化范围例如为Fov_x:-10°~10°，Fov_y:-9°。耦入光栅例如为透射式矩形光栅。可以对透射式矩形光栅的占空比和深度进行三维参数扫描，得到图14a至图14f所示的输出特性曲线。

表2

如图14a、图14b和表2所示，基于非偏振光的输出特性曲线，可以确定非偏振光的输出特性的优化值：如图中点D所示的，综合耦入效率为14.3%，如图中点E所示的，非均匀性为32.1%。该输出特性的优化值所对应的透射式矩形光栅的参数的优化值为：占空比为0.38，光栅深度为200nm。根据该光栅的参数的优化值，可以设计类似图7示例性示出的第一耦入光栅311和/或第二耦入光栅312，可以应用于图1a至图6的衍射光波导装置100~600中。

类似的，如图14c、图14d和表2所示，基于S偏振光的输出特性曲线，可以确定S偏振光的输出特性的优化值：如图中点F所示的，综合耦入效率为16.8%，如图中点G所示的，非均匀性为33.7%。该输出特性的优化值所对应的透射式矩形光栅的参数的优化值为：光栅占空比为0.68，光栅深度为380nm。根据该光栅的参数的优化值，也可以设计类似图7示例性示出的第一耦入光栅311和/或第二耦入光栅312，也可以应用于图1a至图6的衍射光波导装置100~600中。

同理，如图14e、图14f和表2所示，基于P偏振光的输出特性曲线，可以确定P偏振光的输出特性的优化值：如图中点H所示的，综合耦入效率为19.7%，如图中点I所示的，非均匀性为54.5%。该输出特性的优化值所对应的透射式矩形光栅的参数的优化值为：占空比为0.34，光栅深度为200nm。根据该光栅的参数的优化值，也可以设计类似图7示例性示出的第一耦入光栅311和/或第二耦入光栅312，可以应用于图1a至图6的衍射光波导装置100~600中。

图15a至图15f分别示出了根据本公开又一些实施例的基于非偏振光、S偏振光、P偏振光，对耦入光栅进行参数扫描，得到的随衍射角变化的输出特性曲线的示意图。衍射角变化范围例如为Fov_x:-10°~10°，Fov_y:-9°。耦入光栅例如为透射式矩形光栅。可以对透射式矩形光栅的占空比和深度进行三维参数扫描，得到图15a至图15f所示的输出特性曲线。输出特性可以包括+1级效率和非均匀性。如图15a和图15b所示，基于非偏振光的输出特性曲线，可以确定非偏振光的+1级效率的优化值和非均匀性的优化值，以及+1级效率的优化值和非均匀性的优化值所对应的光栅参数的优化值。同理，如图15c和图15d所示，基于S偏振光的输出特性曲线，可以确定S偏振光的输出特性的优化值、以及优化值所对应的光栅参数的优化值。类似的，如图15e和图15f所示，基于P偏振光的输出特性曲线，可以确定P偏振光的输出特性的优化值、以及优化值所对应的光栅参数的优化值。根据图14a至图14f的实施例确定的光栅参数的优化值，可以设计类似图7示例性示出的第一耦入光栅311和/或第二耦入光栅312，可以应用于图1a至图6的衍射光波导装置100~600中。

不同的光栅结构适用于不同偏振态的入射光。在实际应用中，可以根据不同的需求，选择合适的光栅结构，以便获得更优的输出特性。

例如，参照图13a至图13c和表1，对于类似图8所示的透射式斜齿光栅，更适合S偏振光，能够实现较高的综合耦入效率兼顾较低的非均匀性，尤其适用于图3和图4实施例中的衍射光波导装置的第一耦入光栅311和第二耦入光栅312，以及图5和图6中的第一耦入光栅311，使得耦入第一耦入光栅311和/或第二耦入光栅312的S偏振光的综合耦入效率更高、均匀性更好，使得经由第一耦入光栅311和/或第二耦入光栅312耦入至波导内传播的光的效率更高、均匀性更好，当其用于AR显示系统时，能够实现更优的成像效果。

又例如，参照图14a至图15f和表2，对于类似图7所示的透射式矩形光栅，更适合P偏振光，能够实现较高的综合耦入效率兼顾较低的非均匀性，尤其适用于图2实施例中的衍射光波导装置的第一耦入光栅311和第二耦入光栅312，以及图5实施例中的第二耦入光栅312，使得耦入第一耦入光栅311和/或第二耦入光栅312的P偏振光的综合耦入效率更高、均匀性更好。

在一些实施例中，可以根据入射光的不同偏振态，选择不同的光栅结构参数来获得最大的综合耦入效率。例如，对于S偏振光，可以选择表1示出的光栅倾斜角为66°、占空比为0.46和深度为460nm的透射式斜齿光栅，以便获得最大的综合耦入效率29.9%。或者，也可以选择表2示出的占空比为0.68和深度为380nm的透射式矩形光栅，以便获得最大的综合耦入效率16.8%。或者还可以综合对比表1和表2，选择表1示出的较大的综合耦入效率29.9%所对应的光栅倾斜角为66°、占空比为0.46和深度为460nm的透射式斜齿光栅，设计第一耦入光栅和第二耦入光栅，使得第一偏振光和第二偏振光都能以最大耦入效率分别经由第一耦入光栅和第二耦入光栅耦入到波导中，使得两路偏振光可以通过同一衍射光波导装置实现最大耦入效率。对于P偏振光的情形，与S偏振光的情形类似，此处不再赘述。对于非偏振光，可以选择表1示出的光栅倾斜角为68°、占空比为0.46和深度为445nm的透射式斜齿光栅，以便获得最大的综合耦入效率26.3%。

在一些实施例中，还可以根据入射光的不同偏振态，选择不同的光栅结构参数来获得最低的非均匀性。例如，对于P偏振光，可以选择表1所示的光栅倾斜角为64°、占空比为0.38和深度为315nm的透射式斜齿光栅，以便获得较小的非均匀性40.2%。

在一些实施例中，还可以结合综合耦入效率和非均匀性综合判断，选择合适的光栅结构参数，在实际应用中，可以根据需求灵活选择。

需要说明的是，图13a至图15f的实施例是以透射式斜齿光栅和透射式矩形光栅为例进行介绍的，对于反射式闪耀光栅的情形与之类似，此处不再赘述。

下面以透射式矩形光栅为例，介绍不同入射光的综合耦出效率的计算方式。可以理解的是，对于透射式斜齿光栅反射式闪耀光栅的情形与之类似。参照图16示例性示出的，光线经耦入光栅311/312进入波导30后，经过一次全反射之后，会再次入射到耦入光栅上，此时有一部分能量会被衍射至其它方向，只有部分能量会被继续反射。综合耦出效率是由经耦入光栅不同位置入射的光线经波导传输计算得到的耦出效率的平均值。

对于非偏振光，可认为P偏振光分量和S偏振光分量各占一半，假设P偏振光和S偏振光的零级反射率分别为Rp和Rs，光束被耦入光栅反射的次数为n，则综合耦出效率En的计算过程如下：

E0 = (Ep+Es)/2；

E1 = E0 * (Rp+Rs)/2；

…

En = En-1 * (Rp+Rs)/2。

对于P偏振光，可认为不存在S偏振光分量，综合耦出效率En的计算过程如下：

E0 = Ep；

E1 = E0 * (Rp/2)；

…

En = En-1 * (Rp/2)。

对于S偏振光，可认为不存在P偏振光分量，综合耦出效率En的计算过程如下：

E0 = Es；

E1 = E0 * (Rs/2)；

…

En = En-1 * (Rs/2)。

可以理解的是，从不同位置入射的光束被衍射光栅反射的次数n可能会有一些差别。

综上，对本公开的衍射光波导装置、AR显示系统以及耦入光栅的设计方法进行了介绍。

本公开的衍射光波导装置，通过单个光机、偏振分光组件和波导的协同作用，可以实现相同偏振态的入射光的双路输出，也可以实现不同偏振态的入射光的分路输出，还可以减小衍射光波导装置的尺寸、成本和功耗，具备更优的性能。

本公开的AR显示系统，采用上述衍射光波导装置，能够通过单光机实现一维单目显示、也能够实现一维双目显示，还能够实现二维双目显示，能够实现更优的成像效果。

本公开的设计方法，基于不同入射光的输出特性曲线，可以确定不同入射光的输出特性，可以确定不同入射光的输出特性的优化值及其对应的光栅参数的优化值，由此可以设计不同的光栅结构，还可以根据不同的需求，选择合适的光栅结构，以便获得更优的输出特性。通过本公开的设计方法设计第一耦入光栅和第二耦入光栅，能够使得第一偏振光和第二偏振光都能以最大耦入效率分别经由第一耦入光栅和第二耦入光栅耦入到波导中，使得两路偏振光，或者，一路偏振光和一路非偏振光，都可以通过同一衍射光波导装置实现最大耦入效率和/或最低非均匀性和/或最大+1级衍射效率。

需要说明的是，本公开所涉及的光栅参数的具体数值均为示例性示出，并不构成对本公开的限制，在实际应用中，均可以根据实际情况灵活调整，这些都在本公开的保护范围之内。

需要说明的是，本说明书提供了如实施例或示意图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或设备产品执行时，可以按照实施例或者流程图所示的方法顺序执行或者并行执行。

最后应说明的是：以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (26)

1.一种衍射光波导装置，包括光机、偏振分光组件和波导：

其中，所述光机配置成出射非偏振光；

所述波导包括耦入光栅，所述耦入光栅包括第一耦入光栅和第二耦入光栅；

所述偏振分光组件设置在所述光机的光路下游，并且设置在所述耦入光栅的光路上游；所述偏振分光组件配置成将所述光机出射的非偏振光调制为第一偏振光和第二偏振光；并配置成将所述第一偏振光耦入所述第一耦入光栅，将所述第二偏振光耦入所述第二耦入光栅；

其中，所述光机、所述偏振分光组件和所述第一耦入光栅形成针对所述第一偏振光的第一光路；

所述光机、所述偏振分光组件和所述第二耦入光栅形成针对所述第二偏振光的第二光路；

其中，所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振态相同或不同；

其中，所述第一偏振光和所述第二偏振光分别为S偏振光和P偏振光中的任一种。

2.根据权利要求1所述的衍射光波导装置，其中所述第一偏振光和所述第二偏振光均为P偏振光；或所述第一偏振光和所述第二偏振光均为S偏振光。

3.根据权利要求2所述的衍射光波导装置，其中所述偏振分光组件包括光路转折器、偏振分束器和旋偏器，其中

所述光路转折器配置成将入射其上的所述非偏振光进行偏折；

所述偏振分束器配置成将入射其上的所述非偏振光进行偏振分离；

所述旋偏器配置成将入射其上的偏振光的偏振态进行旋转。

4.根据权利要求3所述的衍射光波导装置，其中所述光路转折器包括棱镜；所述偏振分束器包括嵌入所述棱镜内部的分光面；

所述分光面配置成将入射其上的一部分所述非偏振光反射或透射，形成S偏振光，并配置成将入射其上的另一部分所述非偏振光透射或反射，形成P偏振光；

所述旋偏器配置成将所述S偏振光调制为P偏振光；或将所述P偏振光调制为S偏振光。

5.根据权利要求4所述的衍射光波导装置，其中所述旋偏器设置在所述棱镜外部，并且设置在所述S偏振光的光路下游；经所述旋偏器调制后的P偏振光为所述第一偏振光，经所述分光面透射的P偏振光为所述第二偏振光。

6.根据权利要求4所述的衍射光波导装置，其中所述旋偏器设置在所述棱镜外部，并且设置在所述P偏振光的光路下游，经所述分光面反射的S偏振光在所述棱镜的表面上全反射后出射的S偏振光为所述第一偏振光，经所述旋偏器调制后的S偏振光为所述第二偏振光；所述第一偏振光和所述第二偏振光的方向平行于所述非偏振光的方向。

7.根据权利要求4所述的衍射光波导装置，其中所述旋偏器设置在所述棱镜内部，并且设置在所述P偏振光的光路下游；经所述分光面反射的S偏振光为所述第一偏振光；经所述旋偏器调制后的S偏振光在所述棱镜的表面上全反射后出射的S偏振光为所述第二偏振光；所述第一偏振光和所述第二偏振光的方向垂直于所述非偏振光的方向。

8.根据权利要求3-7中任一项所述的衍射光波导装置，其中所述旋偏器包括二分之一波片，所述二分之一波片贴附在所述棱镜的表面上。

9.根据权利要求1所述的衍射光波导装置，其中所述第一偏振光为S偏振光，所述第二偏振光为P偏振光。

10.根据权利要求9所述的衍射光波导装置，其中所述偏振分光组件包括光路转折器和偏振分束器；所述光路转折器包括棱镜；所述偏振分束器包括嵌入所述棱镜内部的分光面；所述分光面配置成将入射其上的一部分所述非偏振光反射或透射，形成S偏振光，并配置成将入射其上的另一部分所述非偏振光透射或反射，形成P偏振光。

11.根据权利要求10所述的衍射光波导装置，其中经所述分光面反射的S偏振光在所述棱镜的表面上全反射后出射的S偏振光为所述第一偏振光；经所述分光面透射的P偏振光为所述第二偏振光。

12.根据权利要求1或2或9所述的衍射光波导装置，其中所述第一耦入光栅和所述第二耦入光栅并排设置在所述波导的同一侧；所述第一耦入光栅和所述第二耦入光栅的光栅参数分别由入射其上的所述第一偏振光和所述第二偏振光的光学参数确定。

13.根据权利要求12所述的衍射光波导装置，其中所述光学参数包括衍射角、偏振态、综合耦入效率和非均匀性中的一个或多个。

14.根据权利要求12所述的衍射光波导装置，其中所述光栅参数包括光栅类型、光栅周期、光栅倾斜角、占空比和光栅深度中的一个或多个；其中所述光栅类型包括透射式矩形光栅、透射式斜齿光栅和反射式闪耀光栅中的任一种。

15.根据权利要求13所述的衍射光波导装置，其中所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振态相同，所述第一耦入光栅和所述第二耦入光栅的至少部分光栅参数相同；或所述第一偏振光和所述第二偏振光的偏振态不同，所述第一耦入光栅和所述第二耦入光栅的至少部分光栅参数不同。

16.根据权利要求12所述的衍射光波导装置，其中所述波导还包括耦出光栅，所述耦出光栅设置在所述波导上，所述耦出光栅配置成将所述第一偏振光经由所述第一耦入光栅耦入至所述波导内传播的光耦出所述波导；将所述第二偏振光经由所述第二耦入光栅耦入至所述波导内传播的光耦出所述波导。

17.根据权利要求16所述的衍射光波导装置，还包括转折光栅，其中所述转折光栅设置在所述波导上，并位于所述耦入光栅与所述耦出光栅之间的光路中；所述转折光栅配置成将所述第一偏振光经由所述第一耦入光栅入射至所述转折光栅的光进行偏折和/或扩瞳；和/或所述转折光栅配置成将所述第二偏振光经由所述第二耦入光栅入射至所述转折光栅的光进行偏折和/或扩瞳。

18.根据权利要求17所述的衍射光波导装置，其中沿着所述第一偏振光和第二偏振光的光路方向，所述转折光栅的尺寸增大。

19.根据权利要求1-3中任一项所述的衍射光波导装置，其中所述光机包括光源，所述光源包括LCOS、DLP和MicroLED中的任一种或多种。

20.一种衍射光波导装置，包括光机、偏振分光组件和波导；

其中，所述光机配置成出射第一非偏振光；

所述波导包括耦入光栅，所述耦入光栅包括第一耦入光栅和第二耦入光栅；

所述偏振分光组件设置在所述光机的光路下游，并且设置在所述耦入光栅的光路上游；所述偏振分光组件配置成将所述光机出射的所述第一非偏振光调制为第一偏振光和第二非偏振光；并配置成将所述第一偏振光耦入至所述第一耦入光栅，将所述第二非偏振光耦入至所述第二耦入光栅；

其中，所述光机、所述偏振分光组件和所述第一耦入光栅形成针对所述第一偏振光的第一光路；

所述光机、所述偏振分光组件和所述第二耦入光栅形成针对所述第二非偏振光的第二光路；

其中，所述第一偏振光为S偏振光和P偏振光中的任一种。

21.根据权利要求20所述的衍射光波导装置，其中所述偏振分光组件包括光路转折器和偏振分束器；所述光路转折器包括棱镜；所述偏振分束器包括嵌入所述棱镜内部的分光面；所述分光面配置成将入射其上的一部分所述第一非偏振光反射或透射，形成S偏振光，所述S偏振光为所述第一偏振光，并配置成将入射其上的另一部分所述第一非偏振光透射或反射，形成P偏振光，所述P偏振光经所述棱镜表面调制，形成所述第二非偏振光。

22.一种AR显示系统，包括如权利要求1-19中任一项所述的衍射光波导装置；和/或如权利要求20或21所述的衍射光波导装置。

23.根据权利要求22所述的AR显示系统，其中所述AR显示系统包括一维单光机单目显示系统、一维单光机双目显示系统和二维单光机双目系统中的任一种。

24.一种耦入光栅的设计方法，包括：

基于不同入射光，对所述耦入光栅进行参数扫描，得到针对所述不同入射光的随衍射角变化的输出特性曲线；

基于所述针对不同入射光的输出特性曲线，确定针对不同入射光的输出特性的优化值、以及输出特性的优化值所对应的光栅参数的优化值；和

根据所述光栅参数的优化值，设计如权利要求1-19中任一项所述的第一耦入光栅和/或第二耦入光栅；和/或

设计如权利要求20或21所述的第一耦入光栅和/或第二耦入光栅；

其中，所述不同入射光包括非偏振光、S偏振光和P偏振光。

25.根据权利要求24所述的设计方法，其中所述耦入光栅的光栅参数包括光栅类型、光栅周期、光栅倾斜角、占空比和光栅深度中的一个或多个；其中所述光栅类型包括透射式矩形光栅、透射式斜齿光栅和反射式闪耀光栅中的任一种。

26.根据权利要求24或25所述的设计方法，其中所述输出特性包括综合耦入效率和非均匀性。