W100 加工参数对光学指标的影响

清单、敏感度量级、自己做的模拟验证。单绿表面浮雕波导,左眼。2026-10-16。
数值冻结在 w100/w100_params.py。本页没有新的 RCWA 或追迹结果。设计报告 p.8 的 nit/lm 仍是伯恩 / 逸文的数。

波长 / 带宽526 nm / 24 nm
基板0.4 mm · n=1.8
耦入378 nm · 65° · Ag
耦出758×353 · H 25–100
Eyebox15 × 7 mm
设计报告欠账E7 η、E3/E7 均匀性
齿深、占空比、银厚、圆角不出现在光栅方程里。它们改的是功率怎么分,不改视场能不能全反射、能不能出瞳。周期、方位、波长、折射率才改 k。两件事分开验。

1. 加工量怎样走到规格

加工参数 周期 方位 齿深 占空 材料 镀膜 → k 方程 TIR、闭合、出射角、彩虹几何 RCWA 单胞 级次效率、吸收、0 阶透过 → 系统追迹 hop × 齿深图 × LUT Eyebox 上的相对通量 → 规格 η、均匀性、MTF、鬼影 彩虹、透过率、雾度

左到右是因果,不是时间顺序。k 一旦被母版冻住,后面量产只能动齿深分布和少量占空比。出处:docs/book/04_design.md 第 4.5 节。

2. 加工参数清单

「标称 / 公差」来自规格书和设计报告。强 会先让边缘视场掉出全反射或把级次比改掉;中 主要改均匀性或效率的百分之几到几十;弱 在给出的公差窗里几乎不动光学;未冻结 规格写了「待定」或根本没给数。

2.1 基板与叠层

加工参数标称 / 公差它改什么强度出处
波导厚度0.4 mm一次 TIR 往返的步长 Δ=2t tanθ。厚度变,同样路程上的抽光次数变,均匀性变。总厚上限 0.7 mm。中规格书 p.5;book/01 §1.5
基板折射率(钢化后)n=1.8临界角、导波环宽度、玻璃内传播角。钢化若把 n 漂了,等于把周期窗口整体挪了。强设计报告 p.3,Hoya FD60-w
盖板 / 气隙0.2 mm · n≈1.5;气隙 0.1 mm看世界的菲涅尔反射和鬼像通道。不进光栅 k。总厚 = 盖板 + 气隙 + 波导。中 看世界规格书 p.5、p.29
光栅树脂Inkron IOC-172,n=1.74与基板对比度只有 0.06。耦入效率主要来自银反射和闪耀,不靠这个对比度。耦出是对空气的浅柱,对比度是 0.74。中 耦出;耦入弱设计报告 p.3–4;book/04 §4.3.1

2.2 耦入:1D 闪耀 + 银

加工参数标称 / 公差它改什么强度出处
周期 Pin378 ± 5 nm栅矢大小。正入射时 |K|/k0=λ/Pin=1.392,玻璃内传播角约 50.6°。±5 nm 约 ±0.9°。边缘视场最先掉出全反射。强 k报告 p.3;规格书 p.8;book/04 §4.2.1、§4.6
底宽 Din、占空比378 ± 5 nm;Din/Pin=1,需求 >0.97锯齿是否铺满周期。占空掉下去,闪耀不再是「一整面斜镜」,设计级次变弱、漏到别的级。强 效率规格书 p.8;报告 p.3
齿深 H218 ± 5 nm只改级次效率,不改 k。几何上 H·tan65°≈468 nm,大于周期 378 nm,斜面必须在一个周期内截断。电磁模型要用截断后的轮廓,规格仍写 218 nm。中 效率规格书 p.8;book/04 §4.3.1
倾角 α、β65° ± 2°;0° ± 2°(对法线)斜面法线把金属反射指到哪一级。±2° 会明显改级次比。β 是面内偏,同时带一点方位误差。强 效率报告 p.3;规格书 p.8;book/04 §4.6
直线度≤ 3°栅线局部转动,栅矢方位漂。3° 的横向残差约 0.073 k0,大约是半视场(sin 12.1°≈0.21)的三分之一。边缘视场的闭合先裂。强 k规格书 p.8。残差是本页按 |K|sin3° 估算
面内方位 φ6°(相对 +x)导波能流朝 Eyebox(中心在 y=−3 mm),不是正 +x。母版转角误差和直线度是同一类 k 误差。强 k报告 p.6
圆角 R待定削弱高阶,略改设计级。量产 SEM / AFM 轮廓要回灌 RCWA,不能用理想尖角代替。未冻结规格书 p.8;book/04 §4.3.2
银厚、银折射率>500 nm,公差 ±2 nm;n=0.0525−3.095i(参考)光学厚度远大于趋肤深度(强度 1/e 约 13.5 nm),背面可当不透明。±2 nm 在 500 nm 上不改衍射。吸收来自银,耦入效率到不了 1。TM 的 RCWA 谐波收敛差,见已有报告。弱 对 ±2 nm;材料本身强报告 p.3;规格书 p.8;本仓库 Ag 收敛报告

2.3 耦出:2D 柱,兼扩瞳

加工参数标称 / 公差它改什么强度出处
周期 Px、Py758 ± 5 nm;353 ± 5 nm两根倒格矢。等效周期 (Px⁻²+Py⁻²)^(−1/2)=320.0 nm,报告写 319.5 nm。它们必须和耦入栅矢闭合。改周期会裂开 k,不能拿来凑效率。强 k、彩虹报告 p.4、p.6;规格书 p.8–9。报告 p.4 OCR 把 y 周期写成 Pout_x,以规格书 D2_Y=353 nm 为准
顶宽、占空比379 / 176.5 nm;DC=0.5 ± 0.01矩形柱的傅里叶分量。DC=0.5 是为了低阶干净、好做,不是电磁最优。0.5 附近 ±0.01 对一阶几乎是驻点,敏感度低;若漂到 0.4 / 0.6 才明显。弱 在 ±0.01 内报告 p.4;规格书 p.8–9;book/04 §4.2.2
齿深 Hmin / Hmax25 / 100 nm,各 ±5 nm弱光栅,抽光大约按 (Δn·H/λ)²。25→100 nm 大约 16 倍。浅端 ±5 nm 是 20% 的相对误差,均匀性会漂。深端 ±5 nm 只是 5%。强 在浅端报告 p.7;规格书 p.9;book/04 §4.3.2、§4.6;book/05 §5.2
渐变轴 θ45° ± 2°(相对 x)近端少抽、远端多抽,否则近端抽干、鼻侧发暗。不改单胞效率,改的是效率铺在哪。v2 为平行四边形改成沿对角线,那组均匀性不能拿去对规格。中 均匀性报告 p.7;规格书 p.9;book/04 §4.3.2
侧壁倾角≤ 3°等效成占空比和齿深一起漂,弱光栅效率跟着漂。中规格书 p.9
顶 / 侧圆角待定同耦入:高阶变、一阶略变。SEM 回灌之前,仿真用理想矩形。未冻结规格书 p.9
k1 / k2 方位71° 与 −59°;与耦入 k 各夹 65°;等效周期 319.5 nm−K1 在环内折向 Eyebox,−K2 耦出并闭合。方位是母版取向,和周期是同一类冻结量。强 k报告 p.6
耦出区位置与外形x 17.5–44.72 mm,y −5.76–6.25 mm光栅必须盖住 Eyebox 和边缘视场的斜投影。铺不到的角不贡献虚像,仍贡献雾度和彩虹。v2 平行四边形是在这块外包上减面积,不改周期。中 覆盖、雾度规格书图7;报告 p.5;book/04 §4.4

2.4 镀膜、遮镀、可靠性

加工参数标称 / 公差它改什么强度出处
遮镀对准、过渡区对准 ≤ ±5 μm;过渡 ≤ 50 μmAR 只做在非光栅区。边缘散射亮线来自这条过渡。单胞 RCWA 和 hop 追迹都没有这条边。中 看世界;虚像 k 无规格书 p.29–30;报告 p.9;book/03 §3.5
增透膜盖板远眼:AR+加硬+防污;近眼:AR+可选防污。波导非光栅区遮镀 AR,近眼 AR+可选防污0 阶透过率、色度、气隙鬼像。不改光栅栅矢。中 透过 / 色度规格书 p.9、p.29
加硬、防污4H 铅笔 750 g;水滴角 >110°可靠性和清洁。不进当前光学模型。粗糙了才会抬雾度。弱 光学规格书 p.9、p.29
雾度规格(结果,不是旋钮)光栅区 <0.2;非光栅区 <0.1来自粗糙度、圆角、缺陷、多余光栅面积。当前仿真没有散射模型。实测项规格书 p.7
规格没有冻结、但压印一定会碰到的量

残余层厚度、树脂收缩带来的周期缩放、母版线宽偏置。它们会同时挪占空比和有效齿深,严重时缩放周期、裂开 k。规格书表格里没有这三项。docs/book/04_design.md 只把「压印、镀银、遮镀对准」列为工艺约束,没有给残余层纳米数。验证方案里把它们单列成「有 SEM 再扫」,不要用猜测值写进标称模型。

3. 打到哪条光学指标

行是加工量,列是规格书要的结果。空格表示这条因果在当前模型里不成立。「几何」只用光栅方程或规格书彩虹公式;「RCWA」是单胞;「追迹」是 hop。设计报告 p.8:U_EB=71.61%,U_EB258=95.03%;E7 光效 749.1 nit/lm,低于 800;E3 / E7 的视场均匀性 22.6% / 17.6%,低于 30%。

加工量能否导波 / 出瞳η 与级次Eyebox / 视场均匀性彩虹纹透过率 / 色度鬼影通道
Pin、Px、Py、方位、直线度、n几何。边缘视场先失败级次还在不在,效率是次要的能流方向变了,覆盖会空角公式里的 d 就是这些周期—错误级次会不会落进空气光锥
α、β、Din/Pin、耦入 H—RCWA 反射设计级。α 最敏感只整体缩放耦入,不重画均匀性形状——漏到别的反射级,追迹要放进那些级
耦出 H 与渐变轴—单次抽光从百分之几变到更弱或更强追迹。浅端公差主导效率高的方向彩虹更显齿越深,0 阶透过越低深齿把寄生级也抬高
占空比 ±0.01、侧壁 ≤3°—在 0.5 附近弱;侧壁中等随抽光效率轻微漂弱弱高阶傅里叶
银厚 >500 nm—已饱和。吸收由 n,k 决定——耦入区不透—
Ag 的 n,k、树脂 nn 基板才进 kRCWA。银是吸收,树脂对比度主要影响耦出间接—树脂 n 影响光栅区色度—
齿深图、耦出外形外形决定盖不盖得住—追迹的主旋钮多余面积增加环境光被衍射的区域——
遮镀 ±5 μm、AR、气隙———过渡区散射,不是周期彩虹膜系 + 菲涅尔气隙多次反射,当前 hop 没有
圆角、残余层残余层若缩放周期则有必须用实测轮廓间接轮廓改变环境光衍射效率0 阶会变高阶变
加硬、防污————只有粗糙度抬雾度时—

MTF、畸变、拖影、光晕不在这张表的列里:当前仓库没有成像模型。它们和光栅色散、装配、光机有关,不能从单胞效率读出来。规格见规格书 p.6–7。

4. 六条可以手算的敏感度

下面的数是 2026-10-16 用规格标称值代进公式得到的,用来决定先扫谁。它们不是 RCWA 输出。

问题算法结果所以先验什么
周期窗口正入射要进全反射又不要出玻璃:λ/n < Λ < λ292 nm < Pin < 526 nm。378 nm 落在窗口里。|K|/k0=1.392,玻璃内 50.6°,临界角 33.7°。先看边缘视场加光机 14° 俯仰之后还在不在环里,不要只看正入射。
Pin ±5 nmsinθ_g=(λ/Pin)/n373 / 378 / 383 nm → 51.6° / 50.6° / 49.7°。大约 ±0.9°。k 网格上扫这三个周期,数掉出全反射的视场点。
斜面自洽H·tan α218·tan65°=468 nm > 378 nm。一个周期走不完高度。RCWA 用截断轮廓。不要为了自洽去改周期。
银要多厚强度趋肤深度 λ/(4πκ),κ=3.09513.5 nm。500 nm 约 37 个趋肤深度。扫 20、50、100、200、500 nm,看设计级在哪饱和。不要扫 498 对 502。
浅齿公差弱光栅抽光 ∝ H²25→100 nm 约 16 倍。浅端 ±5 nm 是 ±20% 的 H,效率相对变化约 40% 量级(2·ΔH/H)。深端 ±5 nm 约 10%。均匀性扫描把 Hmin 的 ±5 nm 放在 Hmax 前面。
彩虹几何规格书 sin i + sinθ = λ/d。θ 用出瞳距离 14 mm 和耦出边到 Eyebox 边估算:竖直约 24.1°,水平约 39.1°(与 eval_image_quality.py 同一几何,水平角的取法在代码里改过几次,以重跑为准)d=758 nm:临界入射角大约竖直 17°、水平 4°,远低于规格 >80° / ≥89°。d=319.5 nm:这两个观察角上 1 阶不存在。d=353 nm:竖直方向不存在,水平约 59°。先对规格书图 24,确认「水平 / 垂直」用的是哪一个周期。长周期在几何上关不掉彩虹,短周期有可能关掉。效率高低是第二步。
彩虹这行是几何估算,不是电磁仿真,也不是产品结论。规格是否通过,要等周期方向和图 24 的定义对齐之后再判。

5. 自己做的四段模拟验证

顺序是:先 k,再单胞,再把效率铺到 Eyebox,最后看世界。每一段只回答一个问题。相对通量可以比「改之前 / 改之后」,不能写成 nit/lm。

阶段 0 · 解析,不跑求解器

目的:确认标称 k 闭合,并留下 Pin、方位、彩虹的基线。大约十几分钟。

cd /d d:\Mac\Simulation\w100
python eval_image_quality.py

看 output/W100/image_quality_geometry.txt。

然后用一段不改仓库的脚本,只挪周期和方位,看玻璃内角度和闭合残差:

cd /d d:\Mac\Simulation\w100
python -c "import math,sys; sys.path.insert(0,'.'); import w100_params as P
lam,n=P.LAMBDA_NM,P.N_WG
def th(p):
    s=(lam/p)/n
    return None if s>=1 else math.degrees(math.asin(s))
for p in (373,378,383):
    print('Pin',p,'theta_g',round(th(p),2))
# 直线度 3 deg:横向残差 / k0
print('rot3_k0', round((lam/P.PIN_NM)*math.sin(math.radians(3)),4))
print('half_fov_sin', round(math.sin(math.radians(P.FOV_X_DEG/2)),4))"

这一阶段算做完:三个周期的角度、3° 残差、彩虹文本都落在笔记里。还没有效率。

阶段 1 · k 网格:公差会不会让视场漏光

目的:周期 ±5 nm、方位 ±3° 之后,视场还全不全反射、还能不能出瞳。用 couplers_coor_w100。齿深不要放进这一阶段。

  1. 标称跑一次 couplers_coor_w100(12, 4),和设计报告「每个 Eyebox 点 12×4 视场」对齐。记录耦入后 TIR 比例、转折后 TIR 比例、耦出后落在空气锥的比例。判据和 eval_image_quality.ghost_order_check 相同。
  2. 一次只改一个量,改完改回去:PIN_NM = 373 和 383;POUT_X_NM ±5;POUT_Y_NM ±5;PHI_IC_DEG = 3° 和 9°(直线度上限)。
  3. 每个案子数:失败点数 / 总点数。失败定义是书里写的三条:中间态 kz²≤0,或没锁住全反射,或出射落在空气盘外(docs/book/04_design.md §4.2.3)。

这一阶段算做完:有一张「参数 → 失败视场比例」的表。失败比例升高的参数,后面禁止用效率去补。

光机偏航 −3.23°、俯仰 +14° 已经叠在 couplers_coor_w100.py 里。镜片自身的 +2.5° / +7° 是戴上之后的姿态,不要再加一次(book/03 §3.4)。

阶段 2 · 单胞 RCWA:谁在分功率

标称 LUT 已经能跑:

cd /d d:\Mac\Simulation
python w100_v2\run_all.py

需要 meent。耦入在 w100_v2/rcwa_lut.py 的 _blaze_ucell:玻璃入射,银衬底,读反射 −1 阶。耦出读透射设计级和反射 0 阶。现成函数只扫角度和三个齿深,不扫 α 和银厚。公差扫描要在调用 meent.call_mee 时换周期、倾角或衬底,每次只换一个。

扫描取值记录怎样读
耦入倾角 α63°、65°、67°TE、TM 分开的 R(−1)、R(0)、吸收预期比齿深 ±5 nm 更动级次比。TE 与 TM 不要先平均。
耦入齿深213、218、223 nm同上k 不变。只看效率漂移。
耦入周期373、378、383 nm效率,以及该级是不是仍是导波级效率可以差不多,视场仍然会漏。漏不漏以阶段 1 为准。
银厚20、50、100、200、500 nmR(−1) 随厚度曲线变平之后,规格里的 ±2 nm 可以停。
谐波数沿用已有 Ag 收敛扫描TE 与 TM 的 R(−1) 对 NxTM 不平稳之前,不要把某一个 Nx 的效率写成结果。见 Ag 收敛报告。
耦出齿深20、25、30、50、75、95、100、105 nm设计级透射、反射 0 阶应随 H 单调上升,浅端斜率更大。用来核对 ∝H² 的量级,不是代替 RCWA。
占空比0.40、0.49、0.50、0.51、0.60设计级0.49 与 0.51 应很近;0.40 与 0.60 应分开。用来确认 ±0.01 是弱项。
圆角或残余层只有 SEM / AFM 轮廓才做与理想矩形的设计级之差没有轮廓就跳过,表格里写「未测」。

有 RSoft 时,用 rsoft_blazed_incoupler/ 对同一几何再算一列,只做交叉核对。两套都是傅里叶模态法,银的 TM 不收敛会一起出现,对上了不等于真值。

这一阶段算做完:每个扫描有 TE/TM 曲线,并且 Ag 的谐波曲线附在耦入效率旁边。还没有 Eyebox。

阶段 3 · 追迹:均匀性只比相对值

目的:齿深图和渐变轴怎样改变 E 点之间的相对通量。入口是 w100_v2/evaluate.py 的 evaluate_layout,LUT 用阶段 2。

  1. 先固定规格矩形耦出区和渐变轴 45°,作为对规格的基线。v2 平行四边形和对角线齿深是另一项研究,数字不要和 45° 基线混在一张符合性表里。
  2. 只改 Hmin:25、20、30 nm,Hmax 保持 100 nm。看近端和远端(E2/E5/E8 相对 E7 一侧)的通量比。
  3. 只改渐变轴:43°、45°、47°。
  4. 记录 U = min/max。可以写「相对基线变好或变差」。不要写 nit/lm,也不要和设计报告 71.61% 直接相减,除非光机流明、光谱和测量立体角都接上了。

已知缺口:当前 hop 的耦出落点可能填不满规格 15×7 的 E1–E9,于是均匀性变成 0。那是折转后的 hop 方向、耦出外形、记分窗三者没对齐(book/05 §5.3.2)。出现全 0 时,先把落点画出来,不要去调齿深。

阶段 4 · 看世界

  1. 彩虹:阶段 0 的几何临界角。没被几何关掉的方向,用阶段 2 的环境光入射角做 RCWA,看衍射效率是否低到可忽略。规格门槛是水平临界入射角 >80°、垂直 ≥89°(规格书 p.6、p.22–23)。
  2. 透过率:光栅区 0 阶透射,波长按规格四段(430–470、470–520、520–580、580–650 nm),角度 0–30°。非光栅区另算菲涅尔加 AR,不要用光栅 0 阶去顶非光栅区的 >95%。
  3. 遮镀 ±5 μm 和 50 μm 过渡:单胞模型没有这条边。要看散射亮线,需要单独做边缘的有限结构,或者实测。
建议的完成顺序

阶段 0 当天。阶段 1 第二天。阶段 2 先做 α、银厚饱和、耦出 H、Ag 谐波,再做占空比。阶段 3 等 LUT 里至少有三个齿深。阶段 4 的彩虹以阶段 0 的周期核对为前提。加硬、水滴角、铅笔硬度不进这个循环。

6. 这套方案验不了什么

7. 信息来源

分三档。A 是项目冻结值,表里的纳米数和公差都以它为准。B 是本仓库对 A 的推演,敏感度公式和「先扫谁」来自这里。C 是公开文献,只支撑方法,不包含 W100 的实测。

A. 项目文件

文件用了什么
逸文科技《W100 规格书》V1.0,2025-09-28系统、微纳公差、光学门槛、镀膜与遮镀、彩虹公式 sin i + sinθ = λ/d(p.22–23)、E1–E9
伯恩光学 / 逸文《W100 设计报告》,2025-09-29材料与银厚、k-layout、齿深渐变、遮镀工艺图、p.8 仿真光效与均匀性
docs/W100_spec_extracted.md上面两份 PDF 的提取。周期冲突处已注明采用规格书
w100/w100_params.py机器可读冻结,每项带 Cite

B. 本仓库的推演

文件用了什么
docs/book/01_foundations.md 至 06_evaluate.mdk 与齿深分工、弱光栅 ∝H²、评估分层 L0–L5、彩虹几何与光度学单位
w100/couplers_coor_w100.py阶段 1 的 k 网格
w100/eval_image_quality.py阶段 0 的彩虹与级次通道。文件头写明不是成像、不是 RCWA
w100_v2/rcwa_lut.py、evaluate.py阶段 2、阶段 3 的入口。2D 角谱很稀,Ag TM 需要截断
Ag 收敛报告同一闪耀几何上,TE 很快平、TM 到 61 个模态仍在跳

C. 公开文献(方法,不是 W100 数据)

文献用在这页的哪一句
M. G. Moharam, T. K. Gaylord, “Rigorous coupled-wave analysis of planar-grating diffraction,” J. Opt. Soc. Am. 71, 811–818 (1981)单胞效率用 RCWA / 傅里叶模态法
T. Levola, “Diffractive optics for virtual reality displays,” J. Soc. Inf. Disp. 14, 467–475 (2006)衍射波导用光栅把空气光锥搬进全反射环,再搬出来
B. C. Kress, I. Chatterjee, “Waveguide combiners for mixed reality headsets: a nanophotonics design perspective,” Nanophotonics 10, 41–74 (2021)表面浮雕可压印复制;彩虹和色散是这条路线要单独管的项
Y. Zhang 等, Opt. Express, DOI 10.1364/oe.584116系统层用光栅 LUT 加光线追迹做快速评估。官方核是 1D 的 IC→FC→OC,W100 的 2D 区是套在这个接口上的
同组 beam tracing, DOI 10.1364/oe.570463几何覆盖先算一次,布局再迭代。v2 平行四边形沿这个思路,优化的是面积不是 U_EB
meent, arXiv 2406.12904阶段 2 的 RCWA 实现

银的复折射率是规格书给出的参考值,不是本仓库的椭偏测量。趋肤深度用的是强度 1/e:λ/(4πκ)。

页内含设计参数。空间和本仓库其他仿真报告在一起。