VirtualLab Fusion | 用于光波导耦合光栅评估的自定义探测器

在增强现实、车载抬头显示等近眼显示领域，光波导技术凭借其轻薄化与高透光性优势，正成为光学系统设计的核心路径。耦合光栅作为光波导结构中实现光线耦入与耦出的关键元件，其衍射效率的精确评估直接影响最终成像质量。本文以矩形光栅结构为对象，展示基于自定义探测器的波导耦合分析完整流程。

方案设计

光波导耦合光栅的设计难点在于，其衍射效率随入射光方向的变化显著波动。实际应用中，波导系统需在一定的视场（FOV）范围内保持稳定、均匀的光学输出，这意味着工程师不仅需要关注单一角度下的衍射效率，更需在定义的视场区域内综合评估效率的平均值与均匀性。

本文基于VirtualLab Fusion光之数字模型平台，介绍一种用于评估波导耦合光栅性能的自定义探测器，该探测器以用户定义的视场范围为输入，调用傅里叶模态法（FMM）进行严格的电磁场仿真，并根据特定衍射级次的效率（作为一组平面波入射方向的函数）自动计算平均效率和均匀对比度。此外，用户可通过探测器窗口便捷地浏览和调整输入参数，以便快速预览不同设置下的分析结果。

案例演示

本案例针对矩形光栅的波导耦合进行分析。

探测器运行后，在指定视场范围内对透射+1级衍射效率进行了系统计算，输出结果如下：

• 平均效率：11.2%

• 均匀对比度：89.8%

其中，均匀对比度（或称误差）由特定算法计算得出，用于量化效率在整个视场内的波动程度。计算结果直观显示于VirtualLab Fusion的探测器结果窗口中，便于设计人员快速判断光栅性能是否满足系统指标。

随着AR眼镜、智能头盔、车载HUD等光波导应用场景的不断拓展，对耦合光栅性能评估的精度与效率要求将持续提升。这一基于自定义探测器的评估方案，将为光学工程师提供可靠的技术支撑，助力光波导显示技术从实验室验证向规模化商用稳步迈进。