CN106646716A - 空间堆叠型光束分布式相位延迟器及其散斑消除方法 - Google Patents

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程文治
陈旭远
肖连团
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Abstract

空间堆叠型光束分布式相位延迟器及其散斑消除方法，涉及光束调控消散斑技术，解决现有抑制激光散斑的装置结构庞大，制作成本高的问题。本发明采用聚合物微加工元件或机加工透光元件，聚合物微加工元件的结构，是一种具有一定高度差的聚合物微加工元件组成的m×n矩阵；机加工透光元件的结构，是将具有一定高度差且折射率不等于空气折射率的机加工透光元件组装在一起；聚合物微加工元件或机加工透光元件的高度差是随机设定的，但应满足：光程差大于或等于相干长度LC，时间上破坏激光的相干性；元件的数量、长度和排列方式的设置，将单束激光分为多个非相干照明光源，应满足：单个非相干照明光源的面积大于或等于相干面积AC，在空间上破坏激光的相干性。

Description

空间堆叠型光束分布式相位延迟器及其散斑消除方法
技术领域
本发明属于光束调控消散斑技术领域，特别用于激光投影和激光照明；尤其涉及空间堆叠型光束分布式相位延迟器及其散斑消除方法。
背景技术
当一相干激光束打在粗糙物体表面时，在该粗糙表面反射或透射的光之间会发生光波的干涉现象。所表现出的是光强分布明暗不均匀的颗粒状的点，称之为散斑。在激光显示中，散斑的存在将会降低图像质量，因而必须被抑制。
目前，受限制于激光二极管的光功率，大流明激光显示中一般采用光纤耦合的方法，将多个准直后的红、绿、蓝激光二极管经光纤束集成到一起，实现高功率光源照明。CN10477626A公布了“一种抑制激光散斑的装置和方法及激光显示投影系统”，该专利申请通过在集束光纤的输出端按照散斑角度多样化条件排布子光束，独立散斑，在空间上叠加降低散斑对比度。该专利申请由于采用了多个激光二极管耦合进多个光纤，因此存在组装工艺复杂、体积结构大和加工精度要求高等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种空间堆叠型光束分布式相位延迟器及其散斑消除方法，解决现有抑制激光散斑的装置结构庞大，制作成本高的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种空间堆叠型光束分布式相位延迟器，其中：所述空间堆叠型光束分布式相位延迟器，采用聚合物微加工元件或机加工透光元件，所述聚合物微加工元件的结构，是一种具有一定高度差的聚合物微加工元件组成的m×n矩阵；所述机加工透光元件的结构，是将具有一定高度差且折射率不等于空气折射率的机加工透光元件组装在一起；所述聚合物微加工元件或机加工透光元件的高度差，是随机设定的，但应满足：光程差大于或等于相干长度LC，从时间上破坏激光的相干性；元件的数量、长度和排列方式的设置，将单束激光分为多个非相干照明光源，应满足：单个非相干照明光源的面积大于或等于相干面积AC，在空间上破坏激光的相干性。
进一步，所述聚合物微加工元件以SU8光刻胶微加工材料来实现，其具有一定高度差且组成m×n矩阵，所述聚合物微加工元件本身就是一个二维相位调制器，可直接实现二维空间分布的相位调制。
进一步，所述机加工透光元件以具有一定高度差的玻璃层和玻璃底座来实现，是一种一维的结构，一维机加工透光元件相互叠加、组装，从而实现二维空间分布的相位调制。
一种空间堆叠型光束分布式相位延迟器的散斑消除方法，其步骤是：将激光光源出射的激光扩束，经过高度差不同的所述聚合物微加工元件或机加工透光元件，光束在聚合物微加工元件或机加工透光元件内部产生光程差，当光程差大于或等于激光的相干长度LC时，经过聚合物微加工元件或机加工透光元件的各光束在时间上产生一定的延迟，破坏了激光的相干性，抑制激光散斑；根据需要对所述聚合物微加工元件或机加工透光元件的数量、长度和排列方式进行设置，使得激光光源出射的激光扩束，经过所述聚合物微加工元件或机加工透光元件，单束相干激光被分成多个非相干的独立光源，当单个非相干照明光源的面积大于或等于相干面积AC时，在空间上破坏了激光的相干性，抑制激光散斑。
本发明与现有技术相比，具有装置结构简单，组装方便，成本低，拥有良好的透光性，适合批量生产等优点。
附图说明
图1为本发明以4×4单元为例的二维结构示意图；
图2为图1所示4×4单元二维结构重复2×2次的消散斑装置示意图；
图3为图1所示4×4单元的一维实现装置单元示意图；
图4为图3所示一维实现装置单元的重复2×2次的一维消散斑装置示意图。
具体实施方案
下面将结合附图和实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例1
如图1、2所示，一种二维空间堆叠型光束分布式相位延迟器，其中：所述空间堆叠型光束分布式相位延迟器，是一种聚合物微加工元件。以SU8光刻胶微加工元件为例，其结构为：具有一定高度差的SU8光刻胶微加工元件组成的m×n矩阵(见图1)，本实施例m＝n＝4，所述聚合物微加工元件本身就是一个二维相位调制器，可直接实现二维空间分布的相位调制。所述二维聚合物微加工元件重复2×2次的消散斑装置(见图2)，变成8×8矩阵。
一种采用二维空间堆叠型光束分布式相位延迟器的散斑消除方法，其步骤是：将激光光源出射的激光扩束，经过高度差不同的所述聚合物微加工元件组成的4×4矩阵，光束在各聚合物微加工材料元件内部产生光程差，当光程差大于或等于激光的相干长度LC时，经过透光元件的各光束在时间上产生一定的延迟，破坏了激光的相干性，抑制激光散斑；根据需要对所述聚合物微加工元件的数量、长度和排列方式进行设置(见图1、2)，其中m×n矩阵的单个单元面积大于或等于相干面积AC。使得激光光源出射的激光扩束，经过所述聚合物微加工元件，单束相干激光被分成16个非相干的独立光源(见图1)，在空间上破坏了激光的相干性，散斑对比度可降低
应当指出，关于高度的排列，可以从低到高(见图1、2)，可以从高到低，也可以从低到高再降低，甚至可以无规律随意的排列，要求：光束经过微加工聚合物元件产生的光程差大于或等于相干长度LC，单个非相干照明光源的面积大于或等于相干面积AC。
实施例2
如图3、4所示，一种一维空间堆叠型光束分布式相位延迟器，其中：所述空间堆叠型光束分布式相位延迟器，是一种折射率不等于空气折射率的多个机加工透光元件，其结构为：具有一定高度差且折射率不等于空气折射率的机加工透光元件粘接在一起。
所述机加工透光元件，以玻璃为例。由具有一定高度差的玻璃层1和玻璃底座2组成(见图3)，本实施例为4层。每层的长度为a，宽度为b,此处取a＝4b，再将所述一维机加工透光元件相互叠加、组装(见图4)，从而实现二维空间分布的相位调制。
一种采用一维空间堆叠型光束分布式相位延迟器的散斑消除方法，其步骤是：将激光光源出射的激光扩束，经过高度差不同的所述玻璃层，光束在各玻璃层内部产生光程差，当光程差大于或等于激光的相干长度LC时，经过所述玻璃层的各光束在时间上产生一定的延迟，破坏了激光的相干性，抑制激光散斑；根据需要对所述玻璃层的数量、长度和排列方式进行设置(见图3、4)，其中层宽度b大于或等于AC为相干面积。使得激光光源出射的激光扩束，经过所述玻璃层，单束相干激光被分成64个非相干的独立光源，在空间上破坏了激光的相干性，散斑对比度可降低
应当指出，关于高度的排列，可以从低到高(见图3、4)，可以从高到低，也可以从低到高再降低，甚至可以无规律随意的排列，要求：光束经过机加工透光元件产生的光程差大于或等于相干长度LC，单个非相干照明光源的面积大于或等于相干面积AC。
本发明所述的维度，是其功能上的划分，而不是具体的几何结构。本发明的维度，是对应于光的传播方向和垂直于光的传播方向的，对应到时间和空间。时间体现在相干长度上，高度差的存在，使光在光的传播方向进行相位延迟；而空间体现在结构的横截面上，对光在垂直于光的传播方向进行相位延迟。比如4×4单元，每个单元的底面积要大于或等于相干面积，而在一维的装置中，由层宽度b来决定，两个一维的组装，他们交叠的底面积为2a×8b，单个单元面积为b×b(b×b≥相干面积)。
本发明能够以多种形式具体实施而不脱离本发明的精神和范围，应当理解，上述实施例不限于前述的细节，而应在权利要求所限定的范围内广泛地解释。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作岀若干改进和等效范围内的变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种空间堆叠型光束分布式相位延迟器，其特征在于：所述空间堆叠型光束分布式相位延迟器，采用聚合物微加工元件或机加工透光元件，所述聚合物微加工元件的结构，是一种具有一定高度差的聚合物微加工元件组成的m×n矩阵；所述机加工透光元件的结构，是将具有一定高度差且折射率不等于空气折射率的机加工透光元件组装在一起；所述聚合物微加工元件或机加工透光元件的高度差，是随机设定的，但应满足：光程差大于或等于相干长度LC，从时间上破坏激光的相干性；元件的数量、长度和排列方式的设置，将单束激光分为多个非相干照明光源，应满足：单个非相干照明光源的面积大于或等于相干面积AC，在空间上破坏激光的相干性。
2.根据权利要求1所述的空间堆叠型光束分布式相位延迟器，其特征在于：所述聚合物微加工元件以SU8光刻胶微加工材料来实现，其具有一定高度差且组成m×n矩阵，所述聚合物微加工元件本身就是一个二维相位调制器，可直接实现二维空间分布的相位调制。
3.根据权利要求1所述的空间堆叠型光束分布式相位延迟器，其特征在于：所述机加工透光元件以具有一定高度差的玻璃层(1)和玻璃底座(2)来实现，是一种一维的结构，一维机加工透光元件相互叠加、组装，从而实现二维空间分布的相位调制。
4.一种空间堆叠型光束分布式相位延迟器的散斑消除方法，其步骤是：将激光光源出射的激光扩束，经过高度差不同的所述聚合物微加工元件或机加工透光元件，光束在各聚合物微加工元件或机加工透光元件内部产生光程差，当光程差大于或等于激光的相干长度LC时，经过聚合物微加工元件或机加工透光元件的各光束在时间上产生一定的延迟，破坏了激光的相干性，抑制激光散斑；根据需要对所述聚合物微加工元件或机加工透光元件的数量、长度和排列方式进行设置，使得激光光源出射的激光扩束，经过所述聚合物微加工元件或机加工透光元件，单束相干激光被分成多个非相干的独立光源，当单个非相干照明光源的面积大于或等于相干面积AC时，经过聚合物微加工元件或机加工透光元件的各光束在空间上产生一定的延迟，在空间上破坏了激光的相干性，抑制激光散斑。
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