摘要
在增強現實和混合現實應用（AR/MR）領域的波導器件的設計過程中，準確計算可實現的光學性能是其主要任務之一。除了空間和角度均勻性外，一個非常重要的量是調制傳遞函數（MTF），它可以評估最終器件的分辨率能力。在本例中，我們指出了衍射和相干效應對計算得到的MTF精度的影響。我們會進一步說明，一個準確和快速的包含這些影響的計算需要在一個單一平臺上結合高度交互性的模擬技術。這也使用戶能夠無縫地控制復雜光學系統的精度和速度間的平衡。
任務說明書
任務：如何準確計算波導的MTF？需要考慮哪些影響？
布局和初始參數：
耦入耦合器
·理想光柵
·380 nm周期
·效率+1級次：50%
·效率0級次：50%（用于背面照明）
耦出耦合器
·二元光柵
·380 nm周期
·高度：50 nm
·填充系數：50%
光瞳擴展器
·二元光柵
·268.7nm周期
·高度50 nm
·填充系數50%
仿真與設置：單平臺交互性
連接建模技術：光源
光源引擎模型
·光束類型：平面波束
·直徑：3mm（圓形）
·偏振：線偏振
·波長：532 nm
·帶寬：0 nm、1 nm、10 nm
針對具有有限帶寬（時間相干性）的光源的可用建模技術：
在此設置中，有兩種不同的技術對光源建模，每種技術的優缺點將在文檔中討論。
建模技術的單平臺交互性
每束光束在復雜系統中傳播時都與不同類型的光學元件相互作用。因此，一個精確的模型需要算法的無縫交互性，以便能夠處理以下出現的所有方面：
1. 光柵（耦入耦合器、光瞳擴展器、耦出耦合器）
2. 自由空間（平板玻璃內傳播）
3. 平板玻璃表面的反射
4. 區域邊界（光柵邊界）
5. 探測器表面的反射（視野范圍均勻性測量）
6. 眼睛模型（PSF和MTF計算）
連接建模技術：光柵
1. 光柵（耦入耦合器、光瞳擴展器、耦出耦合器）
2. 自由空間（平板玻璃內傳播）
3. 平板玻璃表面的反射
4. 區域邊界（光柵邊界）
5. 探測器表面的反射（視野范圍均勻性測量）
6. 眼睛模型（PSF和MTF計算）
周期性微納米結構的現有建模技術：
作為一種嚴格的特征模求解器，傅里葉模態方法（也稱為嚴格耦合波分析，RCWA）提供了非常高的精度。由于此設置的時間較小，計算速度較快。因此，FMM是提高準確性和速度的最佳折衷方案。
連接建模技術：波導板內部
1. 光柵（耦入耦合器、光瞳擴展器、耦出耦合器）
2. 自由空間（平板玻璃內傳播）
3. 平板玻璃表面的反射
4. 區域邊界（光柵邊界）
5. 探測器表面的反射（視野范圍均勻性測量）
6. 眼睛模型（PSF和MTF計算）
可用的自由空間傳播的建模技術：
有兩種快速建模技術可用來計算平板玻璃內的傳播：
·傅里葉域技術（包括邊界和孔徑的衍射效應）
·幾何傳播（忽略了由邊界和孔徑產生的衍射）
為了選擇合適的技術，需要考慮計算結果！
連接建模技術：波導表面
1. 光柵（耦入耦合器、光瞳擴展器、耦出耦合器）
2. 自由空間（平板玻璃內傳播）
3. 平板玻璃表面的反射
4. 區域邊界（光柵邊界）
5. 探測器表面的反射（視野范圍均勻性測量）
6. 眼睛模型（PSF和MTF計算）
與表面相互作用的可用建模技術：
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