基于单向偏振复用超光栅的紧凑型立体波导显示技术

       增强现实(AR)显示可以在真实场景上叠加虚拟图像，使用户能够同时观察这两者。近十年来，AR显示设备，即近眼透视显示，在导航、教育、手术、娱乐等诸多领域都可能成为一种新的研究范式。目前已经提出了各种实现方法，如自由光学棱镜，投影系统，视网膜扫描，反射系统，反射-折射混合系统和光波导等。一些大公司也发布了相关的商业产品，如索尼、谷歌、微软等。在这些方法中，光波导技术被认为是最有希望实现器件轻量化、小型化和高性能的方法；因此，其得到快速发展。透明光波导作为离轴成像系统，将图像投射到人眼，而不遮挡周围的场景。对于增强现实显示，三维(3D)视觉是非常可取的，因为它可以为观众提供身临其境和真实的体验。尽管人们提出了各种方法来实现3D AR显示，但这一功能对基于光波导的方法仍是一个挑战。解决上述局限性的一种常用方法是利用全息光栅作为耦合器来重建三维物体，但其成像质量低，视场小。立体波导显示通常是用两个波导作为子系统，分别将来自两个图像源的立体图像投射到不同的眼睛上，这不可避免地造成系统体积庞大，增加了集成的难度。

       近日，华中科技大学Cheng Zhang等人提出了一种紧凑的立体波导AR显示系统，该系统使用一块薄平面玻璃，集成了一个偏振复用超光栅输入耦合器和两个衍射光栅输出耦合器。首先控制携带立体图像的相反圆偏振状态的入射光通过耦合器中的超光栅在平板玻璃波导中反向传播，随后由衍射光栅提取出耦合器，最后由眼睛接收，形成三维立体视觉。在实验上，研究人员制作了一个显示原型，并演示了两幅偏振多路立体图像的独立投影。这项工作为实现体积小、重量轻、多色兼容的高性能立体显示器铺平了一条新道路。相关研究工作发表在《ACS Photonics》上。(丁雷)

      文章链接：Zeyang Liu et al, Compact Stereo Waveguide Display based on a Unidirectional Polarization-Multiplexed metagrating In-Coupler. ACS Photonics(2021).  https://doi.org/10.1021/acsphotonics.0c01885.