【摘 要】
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随着显示技术的飞速发展,人们对视觉体验的要求越来越高,虚拟现实、增强现实、混合现实技术是人类获取视觉信息的一种重要途径。激光图像投影系统作为这些技术的一项应用,人们对其性能提出了更高的要求,波导型RGB光合束器在激光图像投影系统中扮演着核心角色,在促使其小型化和高性能上发挥着重要作用。波导型RGB光合束器采用平面光波导回路工艺制造,具有结构紧凑、性能高、成本低等优点,是小型化激光图像投影系统中光学
【基金项目】
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“无源光通信集成芯片制造理论与关键技术研究”,国家自然科学基金项目（编号 52175445）；
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随着显示技术的飞速发展,人们对视觉体验的要求越来越高,虚拟现实、增强现实、混合现实技术是人类获取视觉信息的一种重要途径。激光图像投影系统作为这些技术的一项应用,人们对其性能提出了更高的要求,波导型RGB光合束器在激光图像投影系统中扮演着核心角色,在促使其小型化和高性能上发挥着重要作用。波导型RGB光合束器采用平面光波导回路工艺制造,具有结构紧凑、性能高、成本低等优点,是小型化激光图像投影系统中光学引擎的重要组成部分,近些年来已成为图像投影领域的研究热点。本文对波导型RGB光合束器的理论分析、建模仿真设计以及制造与测试进行了研究,本论文研究内容主要有:（1）介绍了波导型RGB光合束器及其研究现状;介绍了平面光波导基本理论及其分析方法,包含有效折射率法和光束传播法;介绍了RGB光合束器的工作原理和设计方法;介绍光波导耦合理论;介绍了参数敏感性分析理论以及Morris筛选法。（2）基于光波导理论与光束传播法,对波导型RGB光合束器进行建模仿真设计,分析研究了相对折射率差为0.5%、0.75%、1%以及1.5%的四种波导型RGB光合束器结构参数与光学性能的关系;基于优化设计的结果进行了工艺容差分析;基于参数敏感性分析理论,得到每一种RGB光合束器的敏感性分析结果,分析了结构参数对光学性能的影响程度;在四种不同相对折射率差的条件下,依次优化设计出平均输出效率为93.4%、90.8%、94.8%、95.5%的波导型RGB光合束器,其结构尺寸分别60μm×7560μm、60μm×7540μm、60μm×4100μm和60μm×3550μm。（3）介绍平面光波导回路工艺的主要制造流程及关键工艺,采用平面光波导回路工艺制造了相对折射率差为0.75%的波导型RGB光合束器。搭建RGB光合束器的光学性能测试平台,测试了制造出的波导型RGB光合束器,并将实验结果与仿真结果进行了比较,RGB光合束器仿真结果平均输出效率为90.8%,实验测试RGB光合束器平均最高输出效率为71.3%,实验结果低于仿真结果,分析了其产生差距的原因,验证了平面光波导RGB光合束器制造的可行性。图63幅,表20个,参考文献90篇
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