液晶偏振体全息光栅

三维取向结构与体衍射

偏振体全息光栅（Polarization Volume Grating，PVG）通过液晶分子在面内与厚度方向的周期性取向，形成空间变化的各向异性介电张量。本页所述反射式 PVG 基于胆甾相液晶聚合物的螺旋结构；螺旋取向、面内周期与倾斜结构共同决定衍射几何和偏振选择性，不能仅用表面浮雕光栅的标量折射率模型描述。

布拉格匹配与偏振选择性

在体光栅的相位匹配条件下，入射波与目标衍射波发生耦合。光栅矢量由空间周期和结构方向确定；入射波长、角度及偏振偏离设计条件时，衍射效率和输出方向随之变化。因此需要联合评估光谱响应、角度接受范围、偏振转换及寄生衍射。

k_d = k_i + K

k_i、k_d 为器件介质内的入射与衍射波矢，K 为对应空间谐波的光栅矢量；该式表示相位匹配关系，效率需采用各向异性耦合波或电磁模型求解。

光波导耦入与耦出

作为 AR 衍射光波导的耦合器件时，PVG 需将外部光束耦合至满足基底全反射条件的传播方向，或将导波光耦出至观察区域。设计应同时考虑基底折射率、传播角、耦合区域、入瞳与出瞳几何，以及不同视场和波长的能量分配。器件自身的衍射效率不等同于整套波导的显示效率。

厚度、倾角与色彩效率设计

液晶层厚度、光栅倾角、周期及双折射共同影响体衍射与偏振转换。可通过单层或多层结构的联合优化，设计 RGB 波段和不同视场下的耦合效率，调节色彩平衡与亮度分布。耦出区域还需按出瞳能量分配设置空间耦合强度；验证包括光谱—角度扫描、偏振分辨测量、漏光及空间均匀性测试。