CN101464557A - 一种消激光散斑光学结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光领域，尤其涉及一种用以消除激光散斑的光学结构。本发明的光学结构：包括PZT调制元件、微透镜及多模光纤。采用电压调制信号控制PZT调制元件，通过PZT调制元件的快速变化来移动微透镜，使经过微透镜后进入多模光纤的光的入射角快速发生变化，或者通过PZT调制元件的快速变化来移动多模光纤，从而使光进入光纤时发生偏振及相位的无序，降低光源的相干性，达到减少或消除激光散斑的目的。本发明体积小，调制速度快，将更有实际应用价值。

Description

一种消激光散斑光学结构

技术领域

本发明涉及激光领域，尤其涉及一种用以消除激光散斑的光学结构。

背景技术

激光由于具有高的相干性而在激光显示中产生严重的激光散斑效应，这使激光显示的图象质量严重下降。降低激光的相干性是消除激光散斑效应的一种有效方法。人们已提出多种方法来降低激光的相干性。如图1(a)所示的采用转盘旋转光纤来消除散斑(李霞等，激光显示中散斑对比度的降低，《液晶与显示》，2008：153-156)。其中101为激光，102为光纤，103为转盘，104为光学引擎，105为图象处理系统，106为CCD相机，107为屏幕。该结构采用转盘旋转体积大，速度慢，且对光纤的耐用性要求高，长期应用较不现实。美国专利US5719374采用偏转系统改变入射光的入射角来消除散斑效应，如图1(b)所示。其中镜面108固定，镜面109可以在一定角度范围内旋转，使入射角θ1发生改变，从而减弱屏幕上的散斑效应。该专利通过旋转镜面改变入射光方向，其旋转装置体积大，结构复杂，调节速度慢，实际应用性亦不强。

发明内容

针对上述不足，本发明提出一种种简易、实用的消除激光散斑的光学结构。

本发明的第一种消激光散斑光学结构，至少包括PZT调制元件、微透镜及多模光纤，所述的微透镜连接设置于所述PZT调制元件上，通过电压调制信号控制PZT调制元件，并通过PZT调制元件的移动来快速移动微透镜。

本发明的第二种消激光散斑光学结构，至少包括PZT调制元件、微透镜及多模光纤，所述的微透镜与多模光纤结合为一体，所述的PZT调制元件设置于所述的多模光纤上，通过电压调制信号控制PZT调制元件，并通过PZT调制元件的移动来快速移动多模光纤。

进一步的，所述的PZT调制元件可带动所述的微透镜或多模光纤作任意方向的快速移动，移动幅度维持在微米量级。

进一步的，所述的微透镜的尺寸为几十微米量级，且其焦距也为数十微米量级。

进一步的，所述的光学结构前的入射光为聚焦或准直方式，其在所述微透镜处的光斑尺寸≦所述微透镜尺寸。

进一步的，所述的微透镜与多模光纤端面通过放电烧结或其它方式粘结而结合为一体。或者，将多模光纤端面直接处理为微透镜的形状而形成的光纤微透镜来代替微透镜与多模光纤结合的方式。

所述的多模光纤可以为光波导管。

本发明的方案是采用调制PZT来改变激光的入射角，由于PZT移动在μm量级，体积小，调制速度快，将更有实际应用价值。

附图说明

图1(a)是公知技术的一种实施方式的原理示意图；

图1(b)是公知技术的另一种实施方式的原理示意图；

图2(a)是本发明第一种结构的第一实施方式示意图；

图2(b)是本发明第一种结构的第二实施方式示意图；

图2(c)是本发明第一种结构的第三实施方式示意图；

图3是本发明的微透镜与多模光纤结合示意图；

图4(a)是本发明第二种结构的第一实施方式示意图；

图4(b)是本发明第二种结构的第二实施方式示意图；

图5是本发明第一种结构的第四实施方式示意图；

图6(a)是本发明第一种结构的第五实施方式示意图；

图6(b)是本发明第一种结构的第六实施方式示意图；

图6(c)是本发明第一种结构的第七实施方式示意图。

具体实施方式

现结合附图说明和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明的光学结构：包括PZT调制元件、微透镜及多模光纤。采用电压调制信号控制PZT调制元件，通过PZT调制元件的快速变化来移动微透镜，使经过微透镜后进入多模光纤的光的入射角快速发生变化，或者通过PZT调制元件的快速变化来移动多模光纤，从而使光进入光纤时发生偏振及相位的无序，降低光源的相干性，达到减少或消除激光散斑的目的。

如图2(a)所示的是本发明第一种结构的第一实施方式示意图。其中，201为激光器，202为微透镜，203为PZT调制元件(压电陶瓷)，204为多模光纤。其中，微透镜202为几十微米量级，形状可为半圆、圆、半圆柱或圆柱型。由于微透镜202对微米量级移动敏感，可通过电压信号快速调制PZT调制元件203，使微透镜202在数微米量级范围内以KHz的频率高速移动，从而快速改变进入多模光纤204激光的相对入射角和位置。这样经多模光纤204传输的激光，其偏振面及位相将无序化，降低了激光的相干性，从而消去或减少激光散斑。

图2(b)所示的是本发明第一种结构的第二实施方式示意图。其中，201为激光器，202为微透镜，203为PZT调制元件(压电陶瓷)，204为多模光纤，其采用透镜聚焦205聚焦方式将激光点成像在微透镜202前。

图2(c)所示的是本发明第一种结构的第三实施方式示意图。其中，201为激光器，202为微透镜，203为PZT调制元件(压电陶瓷)，204为多模光纤，采用准直透镜系统206将激光准直到微透镜202前，准直直径可为几十μm量级。

如图3所示，其中301为与光纤熔合的微透镜，302为PZT调制元件(压电陶瓷)，303为多模光纤。本发明的微透镜301可与多模光纤303端面通过放电烧结或其它方式粘结为一体，此时可同时移动微透镜301与多模光纤303，来改变激光的入射角和相对位置，

本发明亦可将光纤端面直接处理成凸状或凹状结构，分别如图4(a)和图4(b)所示，其中401为多模光纤，402为PZT调制元件(压电陶瓷)，403为凹状端面，404为凸状端面。其通过调制PZT调制元件402(压电陶瓷)来移动多模光纤401。

图5所示的是本发明第一种结构的第四实施方式示意图，其原理与图2(a)、图2(b)、图2(c)类似，但采用光波导管来传输激光。其中501为入射激光，502为微透镜，503为PZT调制元件，504为光波导管，505为聚焦透镜。光波导管504可为实芯或空芯结构，或在表面镀金属反射膜。入射光在光波导管504内表面发生全内反射，采用这种结构可获得更大接受角。

本发明微透镜的调节可通过PZT调制元件带动微透镜沿透镜光轴方向前后移动或沿垂直透镜光轴方向快速移动，其结构分别如图6(a)和6(b)所示。图6(a)是本发明第一种结构的第五实施方式示意图，其中604为PZT调制元件，激光束601经透镜602聚焦，并通过调制PZT调制元件604沿微透镜光轴方向来改变微透镜603在光路中的位置，从而快速改变入射光束进入多模光纤605时的发散角大小。在多模光纤605的可接受角范围内，进入光纤光的状态将不一致，经过多模光纤605传播后，其状态(如偏振、相位)将进一步混乱，从而使输出光的相干性大为降低。

图6(b)是本发明第一种结构的第六实施方式示意图。其中604为PZT调制元件，激光束601经透镜602聚焦，并通过调制PZT调制元件604沿垂直透镜光轴方向来改变微透镜603在光路中的位置，从而快速改变入射光束进入多模光纤605时的发散角大小。通过改变准直光或近似准直光601与微透镜602的轴线距离，使入射光斑在多模光纤605端面的位置在光纤的可接受角范围内快速变化，从而使进入光纤的入射角发生快速变化。

图6(c)是本发明第一种结构的第七实施方式示意图。其采用两个微柱面透镜两维准直、两维扫描方式来实现本发明目的。其中606A、606B为两个微柱面透镜，其对光束的准直方向互相垂直。激光束601经透镜602聚焦，此时PZT调制元件604既可左右平移也可上下平移，在多模光纤605的可接受角范围内，改变入射光的入射角度或相位。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种消激光散斑光学结构，其特征在于：至少包括PZT调制元件、微透镜及多模光纤，所述的微透镜连接设置于所述PZT调制元件上，通过电压调制信号控制PZT调制元件，并通过PZT调制元件的移动来快速移动微透镜。

2.一种消激光散斑光学结构，其特征在于：至少包括PZT调制元件、微透镜及多模光纤，所述的微透镜与多模光纤结合为一体，所述的PZT调制元件设置于所述的多模光纤上，通过电压调制信号控制PZT调制元件，并通过PZT调制元件的移动来快速移动多模光纤。

3.根据权利要求1或2所述的光学结构，其特征在于：所述的PZT调制元件可带动所述的微透镜或多模光纤作任意方向的快速移动，移动幅度维持在微米量级。

4.根据权利要求1或2所述的光学结构，其特征在于：所述的微透镜的尺寸为几十微米量级，且其焦距也为数十微米量级。

5.根据权利要求1或2所述的光学结构，其特征在于：所述的光学结构前的入射光为聚焦或准直方式，其在所述微透镜处的光斑尺寸≦所述微透镜尺寸。

6.根据权利要求2所述的光学结构，其特征在于：所述的微透镜与多模光纤端面通过放电烧结或其它方式粘结而结合为一体。

7.根据权利要求2所述的光学结构，其特征在于：将多模光纤端面直接处理为微透镜的形状而形成的光纤微透镜来代替微透镜与多模光纤结合的方式。

8.根据1、2、3、6、7任一权利要求所述的光学结构，其特征在于：所述的多模光纤可以为光波导管。

Images