半透半反镜、1/4 相位延迟片、反射式偏振片

 光学方案的核心器件包括半透半反镜、1/4 相位延迟片和反射式偏振片：

1）半透半反镜：对入射光线做二次反射。半透半反镜（Half Mirror Lens）是一种轻薄半透的光学材料，属于分束镜（Beam Splitter）的一种特例，通过在光学玻璃表面镀上一层或多层的介电质或金属薄膜制备得到，用于将入射光束按透射与反射比为 50/50 的比例分成两道独立的光束。在Pancake 光学方案中，半透半反镜主要用来对入射光线做二次反射，这一过程中不改变光的偏振特性，并且理论上光线每次经过半透半反镜后能量都会损失 50%。

2）1/4 相位延迟片（λ/4 片）：用于调整光束的偏振状态，使偏振光在线偏振态和圆偏振态之间相互变换。波动是物质运动的重要形式，广泛存在于自然界中。按照振动方向与传播方向的关系，波可以分为横波与纵波两大类：质点振动的方向跟波的传播方向垂直的波叫做横波，例如电磁波；质点振动的方向跟波的传播方向平行的波叫纵波，例如声波。振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振（polarization），只有横波才能产生偏振现象，这也是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。光波是电磁波，因此，光波的传播方向就是电磁波的传播方向。光波中的电振动矢量（E）和磁振动矢量（H）都与传播速度（ν）垂直，因此光波是横波，它具有偏振性。具有偏振性的光则称为偏振光。

3）反射式偏振片：选择性的反射与透射偏振光。反射式偏振片（ReflectingPolarizer）是偏光片的一种，通常由多层功能性光学薄膜在透镜表面上贴合而成。通过调整光学薄膜的种类与贴合顺序，反射式偏振片能够选择性的反射与透射偏振光，实现一种偏振态被透射而另一种偏振态被反射的功能。在Pancake光学方案中，通常设置成反射 p 偏振光，透射 s 偏振光。反射式偏振片中的光学薄膜通常采用金属色线栅，例如铝质金属线栅，或采用具有双折射功能的多层聚合物，后者相对于前者而言具有如下优势：a）在较宽的入射角范围内，多层聚合物薄膜具有较高的偏振反射率，以及较低的色彩推移；b)由于具有高消光和高透射效率，多层聚合物偏振器的可见光谱偏振对比度可以非常高；c）由于聚合物树脂具有粘弹性，因此多层聚合物薄膜可以形成各种复杂的曲面，包括非球面甚至自由曲面，而非球面的形态可以显著提高Pancake光学透镜的分辨率。

偏振光在  光学系统中的具体传播路径如下：① 显示屏发出右旋圆偏振光。 光学模组的入射光必须为圆偏振光，若采用的显示屏为 LCD，则其发出的光为线偏振光，需在显示屏上增加一个1/4相位延迟片，将线偏振光转变为圆偏振光；若采用的显示屏为OLED，自发光原理使其发出的光为非偏振光，需在屏幕上先增加一个线偏光片（LP）将其转化为线偏振光，再增加一片 1/4 相位延迟片将其转化为圆偏振光。② 右旋圆偏振光透过半透半反镜后，偏振态不发生变化，但光效损失50%。③ 右旋圆偏振光以 45°角第一次通过 1/4 相位延迟片后，变为振动方向平行于纸面的 p 线偏振光。这是因为在通过 1/4 相位延迟片之前，可以沿着o 光和e光的方向（即 1/4 相位延迟片的快轴和慢轴方向），将右旋圆偏振光矢量分解成两束频率相同、振动方向互相垂直、且相位差为-π/2 的线偏振光。在通过1/4相位延迟片时，由于双折射现象，在 o 光和 e 光的方向上进一步引入+π/2的相位差，此时，两束线偏振光的相位差为 0。最后将振幅相同的o 光和e 光叠加为振动方向平行于纸面的 p 线偏振光。④ p 线偏振光到达反射式偏振膜后发生反射，偏振态保持不变。⑤ p 线偏振光以 45°角第二次通过 1/4 相位延迟片后，变回右旋圆偏振光。⑥ 右旋圆偏振光到达半透半反镜后发生二次反射，变成左旋圆偏振光，同时光效再次损失 50%。这是因为反射光相对于入射面而言有-π的相位突变，因此会改变旋转方向，从右旋变为左旋。⑦ 左旋圆偏振光以 45°角第三次通过 1/4 相位延迟片后，变为振动方向垂直于纸面的 s 线偏振光。⑧ s 线偏振光到达反射式偏振膜后发生透射，最终进入到人眼当中。