随着信息社会日新月异的发展,平视显示技术已在诸多领域展示出巨大的应用价值和发展潜力。机载平视显示系统采用高分辨率微型显示器作为图像源,通过准直投射的光学显示方法,将飞行参数、作战告警等信息叠加显示在飞行员正前方无穷远处外景上。机载平视显示系统直接决定了飞行员单位时间内所接收的信息容量和态势感知能力,对于提高战斗机的作战性能,保证其飞行安全性具有无可替代的作用。传统机载平视显示系统采用离散光学透镜组投射光学系统,体积和重量偏大,性能易受座舱装配空间的限制。丰富的机载设备集成化程度日益深化,机载座舱装配空间要求日益苛刻,传统平视显示系统已难以满足现代机载显示设备发展的新需求。新一代的光波导平视显示系统,在保证观察范围、显示视场等光学性能的同时,可以有效实现系统的小型化、轻量化,为机载平视显示系统提供了全新的解决方案。光波导平视显示技术已经成为机载平视显示领域发展的必然趋势。光波导平视显示技术采用波导全内反射多次复合成像原理,存在显示连续性、“百叶窗效应”及“强光闪耀效应”等多种应用难题,然而国内外关于光波导平视显示技术的研究鲜有介绍。本课题面向紧凑化座舱装配需求,采用光波导显示原理,攻克多次复合连续成像、膜层阵列“百叶窗效应”抑制及波导衍射光栅“外景强光闪耀效应”抑制等多项关键技术和制备工艺,研究扁平化光波导平视显示系统,优化显示性能,以灵活布局于紧凑化座舱中,兼容多种机型。本文的主要研究内容和结论如下:1)通过波导理论分析了图像光线在平板波导内的传输条件,为全视场图像光线的传输扩展及光机结构的装配提供了数据参考。分析了波导全息体光栅的衍射特性,波导反射全息体光栅具有更低的波长选择性和更高的衍射效率,有利于显示系统应用。对几何光波导显示中应用到的膜层进行了分析,优化选择了二向性偏振分光膜,在保证光学系统显示效率的条件下,提升外景自然光的透过率。分析了机载光波导平视显示的组成及功能,确定了I光学构型方案进行机载光波导平视显示系统的设计。2)进行了扁平化机载光波导平视显示光学系统的设计。介绍了3.8inch偏振液晶图像源,设计了带状中继光学系统,以配合I光学构型光波导平视显示组合镜,实现机载光波导平视显示系统的扁平化,系统显示像质优异,畸变不足1%,显示视场达到了20°316°,显示分辨率为10243768。3)针对光波导平视显示的多重复合成像,通过匀光通道设计,将图像光线在波导平板内部进行多次分光,拓展光线分布区域,攻克了成像连续性控制技术;对比分析了不同反射膜性能特点,通过观察区域膜层阵列部分反射膜的二向性偏振分光设计,解决了几何光波导平视显示组合镜“百叶窗效应”抑制,提升外景观察均匀性,同时保证了显示效率;通过薄光栅分解理论,采用反射体全息光栅,通过光栅膜层表层折射率调制度渐变处理,消除了光栅膜层的表面光栅,突破了衍射光波导平视显示组合镜的“外景强光闪耀效应”抑制。4)设计了几何光波导平视显示组合镜制备方案,提出了工艺标准,采用环抛修磨设备进行几何光波导平视显示组合镜多棱镜结构的加工,避免应力的引入及胶合界线的损伤,同时探讨了二向性偏振分光膜的镀制工艺。5)分析了对比了全息体光栅感光材料,选择了具有高透过率和折射率调制度的重铬酸铵明胶感光材料进行波导全息体光栅的制备。采用控制曝光强度的方法进行曝光量的控制,通过蒸镀铜灰度板的应用,实现光栅的衍射效率渐变分布。采用双光束曝光光路,通过光学玻璃棱镜进行光线的耦合,同时将全息干版浸润在匹配液槽中,光学玻璃棱镜、全息干版基板及匹配液折射率一致,以降低全息体光栅的噪声干扰,提升光栅质量。提出了衍射光波导平视显示组合镜全息体光栅制备工艺流程,通过365nmUVLED紫外光进行重铬酸胺明胶干版预处理,随后进行波导全息体光栅相干曝光,化学处理后,通过分光光度计监控衍射峰值波长的变化,以匹配显示波长,控制误差不大于±2nm。6)制作了几何光波导平视显示组合镜和衍射光波导平视显示组合镜,并分别与带状中继系统进行了装配调试。几何光波导平视显示系统观察外景通透均匀,有效抑制了“百叶窗效应”,组合镜厚度18mm,显示效率达到10%以上。衍射光波导平视显示系统虚拟画面存在色差,外景强光条件下无明显“闪耀效应”,组合镜厚度8mm。机载光波导平视显示系统具有轻量化、扁平化、模块化、无边框化等显著优势,可以兼容多种机型平台,并且有利于人机效能的提升。