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Abstract

本发明涉及一种基于DMD的可编程光源系统的实现方法，首先超连续光源输出400-2400nm的超宽带输出，输出的光通过一个抛物面镜收集形成平行光；平行光通过色散棱镜组合进行分光，然后经柱状凸透镜对色散后的光进行聚焦并把不同波长的光投影在DMD上。DMD控制程序通过选择不同列上的棱镜反转达到选择波长的目的。微镜将要输出的波段反射到一个方向；未选择的波段反射到另外的方向。从DMD微镜上反射的要采集的光，通过一个倒置的色散棱镜以抵消原来的色散，从而将反射光重新整合为平行光，然后通过一个抛物面镜将平行光汇聚到收集光纤的输入端。最终，整个系统通过控制DMD上微镜的反转，达到快速可编程输出的目的。

Description

一种基于DMD的可编程光源系统的实现方法
技术领域
本发明涉及光学工程领域，特别是一种基于DMD的可编程光源系统的实现方法。
背景技术
宽带光源包括传统的汞灯、氙灯、氘等、QTH灯，以及SLED（SuperLuminescentLED）。比较新的技术包括美国Energetiq公司开发的激光泵浦宽带光源。这些光源基于黑体辐射或者电弧等离子体放电的方式发光，属于非相干光源。具有发光面积大，不易收集和聚焦的特点。为了获得单一波长输出，通常需要一个单色仪系统。但是由于发光面积大，这种光源通过单色仪后能量急剧衰减。
随着超快激光的发展，美国NKTPhotonics公司和英国Fianium开发的超连续光源（Supercontinuum）系统利用超短脉冲激光耦合进高非线性光子晶体光纤，产生0.4-2.4um的超宽光谱输出。这种光源具有相干和类似点光源的优良特性，经过单色仪后的功率是上述非相干光源的百倍以上。
超连续光源的发明使得制造可编程光源系统成为可能。与通过单色仪系统或者声光可调滤波器（Acoustic-opticTunableFilter）得到单个波长输出相比，可编程光源系统可以输出单波长、多个波长、单个或者多个波段，甚至是任意波形。随着超连续光源在各个领域的应用，对这种可编程光源系统也产生了巨大的需求。本发明提供了一种基于德州仪器（TexasInstruments.Inc.）数字微镜芯片DMD（DigitalMicro-mirrorDevice）的可编程光源系统。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于DMD的可编程光源系统的实现方法，使得输出单色性以及输出强度明显增强，能够满足应用和研究的需求。
本发明采用以下方案实现：一种基于DMD的可编程光源系统的实现方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：提供超连续光源、第一抛物面镜、第一柱面凸透镜、柱面凹透镜、第一色散棱镜、第二色散棱镜，第二柱面凸透镜、DMD芯片、倒置色散棱镜、第二抛物面镜以及收集光纤；
步骤S2：所述超连续光源提供400nm-2400nm的超宽带光谱输出，所述第一抛物面镜将该超宽带光谱输出收集后形成平行光；
步骤S3：依次通过所述第一柱面凸透镜、柱面凹透镜对步骤S2中的平行光的一个维度进行调整，使得该维度的宽度与所述DMD芯片的径向宽度一致，用以提高收集效率；
步骤S4：所述第一色散棱镜和第二色散棱镜对步骤S3中调整后的平行光的不同波长进行色散分解，不同波长的光依次经过所述第一色散棱镜和第二色散棱镜后指向不同的角度；
步骤S5：所述第二柱面凸透镜将不同波长的光汇聚并投影在所述DMD芯片的不同的阵列上；
步骤S6：所述DMD芯片通过控制不同列的微镜反转，将要输出的波段的光反射到一个方向，将不需要的光反射到另外一个方向，用以选择波长或波段；所述DMD芯片通过控制同一列的微镜向输出端反转的百分比，实现调节这一波长的输出功率；
步骤S7：所述倒置色散棱镜通过倒转放置，用于抵消步骤S4中第一色散棱镜和第二色散棱镜的组合产生的色散，进而重新将发散的各个波长整合成同一方向的平行光；
步骤S8：所述第二抛物面镜将步骤S7中的平行光汇聚到所述收集光纤的输入端；
步骤S9：所述收集光纤将收集到的光提供给用户使用。
较佳地，本发明超连续光源输出400-2400nm的超宽带输出。输出端为光子晶体光纤，内核直径5.5微米。输出的光通过一个抛物面镜收集形成平行光；平行光通过色散棱镜组合进行分光，然后经柱状凸透镜对色散后的光进行聚焦并把不同波长的光投影在DMD上。不同的波长在DMD上占据不同的列。DMD控制程序通过选择不同列上的棱镜反转达到选择波长的目的。微镜将要输出的波段反射到一个方向；未选择的波段反射到另外的方向。每一列有1152个微镜，通过控制单列上微镜的倾斜的个数，可以调节在这一波长上的输出强度。从DMD微镜上反射的要采集的光，通过一个倒置的色散棱镜以抵消原来的色散，从而将反射光重新整合为平行光，然后通过一个抛物面镜将平行光汇聚到收集光纤的输入端。最终，整个系统通过控制DMD上微镜的反转，达到快速可编程输出的目的。
特别的，本发明使用德州仪器0.95英寸DMD芯片和软件开发包。DMD含有一个2048×1152微镜阵列。DMD芯片尺寸为21.03mm×11.83mm。每个微镜可以正负12度倾斜反转。单个微镜尺寸为10.8um×10.8um。
较佳地，超连续光源使用英国Fianium公司的SC400-6系统。总输出功率达到6W；平均光谱功率密度为3mW/nm；重复频率为60MHz。本发明使用的光学元件均可从光学公司采购。系统没有机械运动部件。
进一步地，所述超连续光源的输出端为光子晶体光纤，内核为5.5微米，类似点光源，可以利用抛物面镜形成准平行光。
进一步地，所述第一色散棱镜以及第二色散棱镜用以实现足够色散和波长均匀分布。
进一步地，所述DMD芯片微镜阵列可以正负12度反转，用以实现选择波长、调节输出能量以及高速调谐。
进一步地，利用倒置的色散棱镜实现抵消色散，重新形成平行光的目的。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1、本发明相比于声光可调滤波器（单色性：几个纳米），单色性显著提高（等于或低于1纳米）。
2、本发明的输出强度显著提高，单色仪的输出在微瓦量级，基于DMD的可编程光源的输出在毫瓦量级。
3、本发明可实现可编程输出。基于DMD的可编程光源可实现单波长，多波长，单/多波段，任意波形的输出。
4、本发明输出波长调节速率增大。由于DMD的微镜可以在一秒钟内开光1000多次，所以这种光源可以在毫秒时间内改变输出波形。而传统的单色仪通过机械旋转光栅来实现波长调节，速度要慢的多。
附图说明
图1为本发明的系统光学设计示意图；
图2为本发明的可编程输出单波长示意图。
图3为本发明的可编程输出多波长示意图。
图4为本发明的可编程输出任意波形示意图。
图5为本发明的可编程输出任意强度示意图。
[主要组件符号说明]
图中：1为超连续光源，2为第一抛物面镜，3为第一柱面凸透镜，4为柱面凹透镜，5为第一色散棱镜，6为第二色散棱镜，7为第二柱面凸透镜，8为DMD芯片，9为倒置色散棱镜，10为第二抛物面镜，11为收集光纤。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种基于DMD的可编程光源系统的实现方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：提供超连续光源1、第一抛物面镜2、第一柱面凸透镜3、柱面凹透镜4、第一色散棱镜5、第二色散棱镜6，第二柱面凸透镜7、DMD芯片8、倒置色散棱镜9、第二抛物面镜10以及收集光纤11；
步骤S2：所述超连续光源1提供400nm-2400nm的超宽带光谱输出，所述第一抛物面镜2将该超宽带光谱输出收集后形成平行光；
步骤S3：依次通过所述第一柱面凸透镜3、柱面凹透镜4对步骤S2中的平行光的一个维度进行调整，使得该维度的宽度与所述DMD芯片8的径向宽度一致，用以提高收集效率；
步骤S4：所述第一色散棱镜5和第二色散棱镜6对步骤S3中调整后的平行光的不同波长进行色散分解，不同波长的光依次经过所述第一色散棱镜5和第二色散棱镜6后指向不同的角度；
步骤S5：所述第二柱面凸透镜7将不同波长的光汇聚并投影在所述DMD芯片8的不同的阵列上；
步骤S6：所述DMD芯片8通过控制不同列的微镜反转，将要输出的波段的光反射到一个方向（譬如+12度），将不需要的光反射到另外一个方向（-12度），用以选择波长或波段；所述DMD芯片通过控制同一列的微镜向输出端反转的百分比，实现调节这一波长的输出功率；
步骤S7：所述倒置色散棱镜9通过倒转放置，用于抵消步骤S4中第一色散棱镜5和第二色散棱镜6的组合产生的色散，进而重新将发散的各个波长整合成同一方向的平行光；
步骤S8：所述第二抛物面镜10将步骤S7中的平行光汇聚到所述收集光纤11的输入端；
步骤S9：所述收集光纤11将收集到的光提供给用户使用。
在本实施例中，所述超连续光源的输出端为光子晶体光纤，内核为5.5微米。
在本实施例中，所述DMD芯片尺寸为21.03′11.83mm。。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种基于DMD的可编程光源系统的实现方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤S1：提供超连续光源、第一抛物面镜、第一柱面凸透镜、柱面凹透镜、第一色散棱镜、第二色散棱镜，第二柱面凸透镜、DMD芯片、倒置色散棱镜、第二抛物面镜以及收集光纤；
步骤S2：所述超连续光源提供400nm-2400nm的超宽带光谱输出，所述第一抛物面镜将该超宽带光谱输出收集后形成平行光；
步骤S3：依次通过所述第一柱面凸透镜、柱面凹透镜对步骤S2中的平行光的一个维度进行调整，使得该维度的宽度与所述DMD芯片的径向宽度一致，用以提高收集效率；
步骤S4：所述第一色散棱镜和第二色散棱镜对步骤S3中调整后的平行光的不同波长进行色散分解，不同波长的光依次经过所述第一色散棱镜和第二色散棱镜后指向不同的角度；
步骤S5：所述第二柱面凸透镜将不同波长的光汇聚并投影在所述DMD芯片的不同的阵列上；
步骤S6：所述DMD芯片通过控制不同列的微镜反转，将要输出的波段的光反射到一个方向，将不需要的光反射到另外一个方向，用以选择波长或波段；所述DMD芯片通过控制同一列的微镜向输出端反转的百分比，实现调节这一波长的输出功率；
步骤S7：所述倒置色散棱镜通过倒转放置，用于抵消步骤S4中第一色散棱镜和第二色散棱镜的组合产生的色散，进而重新将发散的各个波长整合成同一方向的平行光；
步骤S8：所述第二抛物面镜将步骤S7中的平行光汇聚到所述收集光纤的输入端；
步骤S9：所述收集光纤将收集到的光提供给用户使用。
2.根据权利要求1所述的一种基于DMD的可编程光源系统的实现方法，其特征在于：所述超连续光源的输出端为光子晶体光纤，内核为5.5微米，可以利用抛物面镜形成准平行光。
3.根据权利要求1所述的一种基于DMD的可编程光源系统的实现方法，其特征在于：所述第一色散棱镜以及第二色散棱镜用以实现足够色散和波长均匀分布。
4.根据权利要求1所述的一种基于DMD的可编程光源系统的实现方法，其特征在于：所述DMD芯片微镜阵列正负12度反转，用以实现选择波长、调节输出能量以及高速调谐。
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