CN101539666B - 减少激光散斑效应的光学结构的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的减少激光散斑效应的光学结构及制造方法是涉及激光领域，尤其涉及一种消除激光散斑的光学结构及其光学结构的制造方法。本发明采用多模光纤来传输激光，在光纤的入射端面镀激光的高反膜或加一腔镜，而只留一通光小孔让激光通过，在光纤的出射面镀激光的高发射率部分反射膜，且光纤的长度大于激光相干长度一半。进入多模光纤的激光将在光纤内部往复反射，只有少量激光从通光孔损失，从而在光纤中形成一系列彼此不相干的光束，降低了出射激光的相干性，从而达到消除散斑的目的。本发明制作方法简单，同时波导腔可根据激光相干长度调节，从几厘米至百米或千米，而且体积小，成本低，腔内损失小，从而可广泛应用于激光显示中。
Description
技术领域
本发明涉及激光领域，尤其涉及一种消除激光散斑的光学结构及其光学结构的制造方法。
背景技术
激光由于具有单色性好、方向性好、亮度高且为线状谱等优点，非常适合于激光显示。激光显示技术与其它显示技术相比，具有可实现大色域色度显示、色饱和度高、色彩分辨率高、显示画面尺寸灵活可变、节能环保等优点。但是当激光照射到粗糙物体的表面时会形成激光散斑，它的存在严重影响了激光显示的成像质量，使图像的对比度和分辨率下降，并已经成为制约和阻碍激光显示快速发展以及市场化的主要原因之一。
人们已提出多种抑制或消除激光散斑的方法。美国专利说明书US7379651B2采用图1(a)结构来消除激光散斑。该专利将一束相干激光101通过通光孔102导入波导管106，波导管的前端为入射光的高反镜103，而只留一个通光孔102让激光通过，且用一发散透镜104使入射激光发散，波导管的后端为部分透射镜107。这样发散光将在光导管内来回反射，形成相位、偏振态不同或光程差比激光相干长度长的光束，降低激光的相干性，从而减弱散斑效应。该专利中波导管的长度为几毫米或几十毫米，因而来回反射的光的总光程最多只有数百毫米，这仅相当于一般LD的相干长度。当应用于LD泵浦的固体激光器时，由于其相干长度一般为几米至数百米，这种结构将不在适用。
美国专利说明书US2005/0128473A1采用图1(b)结构来消除散斑。该专利采用由多根长度不均的光纤组成的光纤束来传播相干光源，光纤线108间的长 度差值各不相同，出射光由于传输的光程不同且大于相干长度，因而降低了相干性，减弱了散斑效应。该专利中光纤的制作较为复杂，实际可操作性低。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提出一种新型光学结构来消除激光散斑，并公开该光学结构的制造方法。
本发明采用如下技术方案：
本发明的减少激光散斑效应的光学结构，采用多模光纤传输激光，在所述的多模光纤的前端面设置反射面，而反射面对应于多模光纤的纤芯处留有通光小孔让激光通过，在所述的多模光纤的出射面镀对激光的较高反射率的部分反射膜，所述的多模光纤形成波导腔并产生多序列的激光输出。
进一步的，反射面是于所述的多模光纤的前端面镀对激光的高反膜或者于所述的多模光纤的前端面加一反射腔镜。
进一步的，所述的多模光纤可以是长度大于激光相干长度一半的光纤，也可以为长度小于激光相干长度的波导腔多模光纤。
进一步的，激光直接泵浦进入或通过透镜耦合进入或通过光纤耦合进入所述的多模光纤。
更进一步的，若是采用光纤耦合，是将所述的多模光纤与一单模光纤或小直径多模光纤通过光纤头胶合、光胶或深化光胶结合在一起，亦可通过机械接触方式连接在一起。
本发明的光学结构的制作可采用如下几种方法：
第一种：在单模光纤或纤芯较细的多模光纤上加UV胶，从光纤另一端输入UV光，待有UV胶一端仅纤芯处UV胶固化，除去其余部分的胶，进行镀膜，镀好膜后再除去纤芯处膜层及UV胶，即可形成仅纤芯处有通光小孔的高反膜。将 这纤芯通孔的高反膜光纤头再与带光纤头的多模光纤胶合、光胶或深化光胶为一体。
第二种：先在带光纤头的多模光纤端面镀膜，再采用光刻方法去除反射膜，在高反膜上制作小孔。
第三种：在多模光纤头的多模纤芯区域粘上微型小球或颗粒并镀膜，镀膜后除去微型颗粒；或在单模光纤或纤芯较细的多模光纤端面粘结微型颗粒，镀膜后再除去微型颗粒。
第四种：在符合输入孔形状要求的毛细管端面镀高反膜，形成自然带孔反射膜，再将这毛细管端面与多模光纤头端面胶合、光胶或深化光胶为一体，再将带孔毛细管磨薄、抛光，形成带孔光纤头输入端。
本发明采用如下技术方案，提出一种新型光学结构来消除激光散斑，并公开该光学结构的制造方法。本发明制作方法简单，同时波导腔可根据激光相干长度调节，从几厘米至百米或千米，而且体积小，成本低，腔内损失小，从而可广泛应用于激光显示中。对要求不高的系统亦可采用光纤长度小于相干长度的多模光纤波导腔。
附图说明
图1(a)是美国专利US7379651B2的结构示意图；
图1(b)是美国专利US2005/0128473A1的结构示意图；
图2是本发明的实施例一的结构示意图；
图3是本发明的实施例二的结构示意图；
图4是本发明的制作步骤示意图。
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。
本发明采用多模光纤来传输激光，在光纤的入射端面镀激光的高反膜或加一腔镜，而只留一通光小孔让激光通过，在光纤的出射面镀激光的部分反射膜，且光纤的长度超过激光的相干长度。进入多模光纤的激光将在光纤内部往复反射，只有少量激光从通光孔损失，从而在光纤中形成一系列彼此不相干的光束，降低了出射激光的相干性，从而达到消除散斑的目的。
根据两分光束干涉条件得出的相干长度与光的非单色性关系为：L0＝λ2/Δλ。其中L0为相干长度，λ是谱线的中心波长，Δλ是半强度宽度。常见激光的相干长度如下表所示：
| λ | N(纵模个数) | Δλ(nm) | L0(m) |
| 532nm | 1 | 1×10-4 | 2.83 |
| 532nm | 2 | 1×10-4 | 1.42 |
| 632nm(LD) | 1 | 2 | 0.0002 |
由表可见，当使用常见激光作为激光显示光源，并采用本发明的结构消除散斑效应时，所用多模光纤的长度L较短，因而可以制作成结构紧凑的器件。
如图2所示为本发明的实施例一的结构示意图，其中201为激光束，202为多模光纤头，膜S1为对激光201高反的膜，通光小孔S2为激光201的通光孔，且镀上对激光201增透的膜，膜S3为对激光201部分透过的膜，203为多模光纤。若多模光纤203的芯径为D，激光201的通光孔直径为d，则反射一次回来光损失的比例为 如d＝3μm，而D＝100μm，则反射回前端面而再次被反射光的损失约为0.1％，若膜S3的反射率为98％，则入射光可被反射近50次，从而获得近50束的光束，且光损失仅为5％。激光201的相干长度为L1，多模光纤203的长度为L，若2L＞L1，则此多模光纤可形成一系列彼此不相干的光束，使用该多模光纤来传输激光可有效消除散斑效应。
图3所示为本发明的实施例二的结构示意图，其中301为激光束，302为多模光纤头，膜S1为对激光301高反的膜，通光小孔S2为激光301的通光孔， 且镀上对激光301增透的膜，膜S3为对激光301部分透过的膜，303为多模光纤，304为单模光纤或直径较小的多模光纤，其端面除纤芯外镀高反膜，再将此端面与多模光纤头胶合、光胶或深化光胶在一起。采用这种结构可使激光更容易被耦合到多模光纤中。
本发明的结构的制作可采用如下几种方法：
第一种：在单模光纤或纤芯较细的多模光纤上加UV胶，从单模光纤或纤芯较细的多模光纤另一端输入UV光，则有UV胶一端仅纤芯处UV胶固化，除去其余部分的胶，进行镀膜，镀好膜后再除去纤芯处膜层及UV胶，即可形成仅纤芯处有通光小孔的高反膜。将具有所述单模光纤或纤芯较细的多模光纤的光纤头再与一带光纤头的所述光学结构的多模光纤通过胶合、光胶或深化光胶为一体。
第二种：先在带光纤头的多模光纤端面镀膜，再采用光刻方法去除反射膜，在高反膜上制作小孔。
第三种：在多模光纤头的多模纤芯区域粘上微型小球或颗粒并镀膜，镀膜后除去微型颗粒；或在单模光纤或纤芯较细的多模光纤端面粘结微型颗粒，镀膜后再除去微型颗粒。
第四种：在符合输入孔形状要求的毛细管端面镀高反膜，形成自然带孔反射膜，再将这毛细管端面与多模光纤头端面胶合、光胶或深化光胶为一体，再将带孔毛细管磨薄、抛光，形成带孔光纤头输入端。方法如图4所示，其中401为毛细管，402为膜层，403为光纤头，404为多模光纤，405为磨薄的毛细管。
本发明采用多模光纤制作波导反射腔形成一系列超过激光相干长度的多光束，其制作方法简单，同时波导腔可根据激光相干长度调节，从几厘米至百米或千米，而且体积小，成本低，腔内损失小，从而可广泛应用于激光显示中。对要求不高的系统亦可采用光纤长度小于相干长度的多模光纤波导腔。
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 (1)
1.制造一种减少激光散斑效应的光学结构的方法，光学结构是：在多模光纤的前端面设置反射面，而反射面对应于多模光纤的纤芯处留有让激光通过的通光小孔，在所述的多模光纤的出射面镀有对激光的较高反射率的部分反射膜，所述的多模光纤形成波导腔并产生多序列的激光输出，制造方法是：在单模光纤或纤芯较细的多模光纤上加UV胶，从单模光纤或纤芯较细的多模光纤另一端输入UV光，待有UV胶一端的纤芯处UV胶固化，除去其余部分的胶，进行镀膜，镀好膜后再除去纤芯处膜层的及UV胶，即可形成仅纤芯处有通光小孔的高反膜；将具有所述单模光纤或纤芯较细的多模光纤的光纤头再与一带光纤头的所述光学结构的多模光纤通过胶合、光胶或深化光胶为一体。
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