Das zweidimensionale Öffnungslichtwellenleiter mit quer angeordneter Flüssigkristall-Polarisatorgitter (PVG) ist aufgrund seiner kompakten Struktur und einfachen Herstellung (Interferenzbelichtung ohne dynamische Winkelanpassung) ein Forschungsschwerpunkt im AR-Display Bereich. Der Sichtwinkel (FOV) für AR-Anwendungen wird jedoch durch die Doppelwellenleiterstapelung begrenzt. Zur Erweiterung des Sichtfeldes dieses Wellenleiters wird in dieser Arbeit eine optische Wellenleiterstruktur basierend auf einem einlagigen, hochbrechenden Glassubstrat (n=1,9) vorgeschlagen, bei der auf beiden Seiten links- und rechtschirale PVG integriert sind. Der horizontale Winkel zwischen den inversen Gitternvektoren der links- und rechtschiralen Gitter an Ein- und Ausgang beträgt jeweils 0° bzw. 60°. Das einfallende Licht wird durch die polarisationsselektive PVG in zwei Wege der Totalreflexion aufgeteilt; wenn der kombinierte inverse Gittervektor der Ein- und Ausgangsgitter null ist, wird teilweise ausgekoppelt und eine vollständige zweidimensionale Erweiterung des Pupillenaustritts gebildet. Basierend auf der Beugungsgleichung des Gitters und dem Brechungsindex des Glases wurden die PVG-Gitterperioden für den Fall abgeleitet, dass der Sichtwinkelmittelpunkt senkrecht zum Wellenleiter zeigt. Der Einkopplungsmechanismus für senkrecht einfallendes, kollimiertes 532-nm-Licht wurde mittels COMSOL-Simulation bestätigt. Der experimentell hergestellte Prototyp hat eine Ausgangsgittergröße von 28 mm × 22 mm und erreicht Sichtfelder von horizontal 32,8°, vertikal 18,7° und diagonal 37,8°, wobei das diagonale Sichtfeld um 26% gegenüber früheren Studien verbessert wurde. Das Design ermöglicht die direkte Herstellung der PVG-Gitter auf beiden Seiten des Substrats, erspart das herkömmliche Verklebungsverfahren, vermeidet strenge Anforderungen an Index-Matching-Kleber und Substratmaterial, vereinfacht den Herstellungsprozess erheblich und senkt die Kosten effektiv. Die Lösung nutzt zudem das hochbrechende Substrat, um das Sichtfeld deutlich zu vergrößern und die Bildqualität zu verbessern, und bietet eine vielversprechende Hochleistungsoption für nah am Auge getragene AR-Displays.

Flüssigkristall-Polarisator-Hologrammgitter; Sichtfeldwinkel; zweidimensionale Pupillenerweiterung; AR-Wellenleiter; Flüssigkristalloptik