CN107884950B - 一种减小激光束相干性的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于减小激光束相干性的装置，所述装置包括矩形腔，所述矩形腔具有第一、第二和第三壁，每个壁包括反射内表面，以及包括分束器的第四壁。第四壁配置为将至少一部分激光束透射到腔中以形成入射在第一壁上的输入激光束。第一壁配置为将输入激光束反射到第二壁上，第二壁配置为将输入激光束反射到第三壁上，第三壁配置为将输入激光束反射到第四壁上。第四壁配置为反射输入激光束的一部分以形成入射在第一壁上的进一步的输入激光束，并将输入激光束的另一部分透射出腔外以形成输出激光器光束。

Description

一种减小激光束相干性的装置

技术领域

本说明书涉及一种用于减小激光束相干性的装置，具体涉及一种使用固定光学部件减小激光束相干性的装置。

背景技术

激光通常用于图像投影，因为它们可以提供较窄的发射带宽和较高的亮度。然而，激光也倾向于具有高度相干性，这可能引起使用激光投影的图像中的光斑。这样的光 斑可以表现为观众可见的伪像，从而降低投影图像的质量。

为了减轻光斑，一些投影仪设计使用激光束的光路中的移动部件来减小光束的相干性并因此减少光斑。然而，这种移动部件倾向于容易发生机械磨损和故障。此外， 许多这种部件倾向于增加可用于投影图像的激光束的光学扩展量。

发明内容

一种矩形腔，包含具有反射内表面的三个壁和包括分束器的第四壁，可用于产生附加模式，从而降低激光束的相干性。所述腔的壁和分束器相对于激光束是静止的， 并且因此不受到通常影响移动光学部件的机械磨损和故障的影响。此外，这样的腔不 会增加激光束的光学扩展量。

在操作中，第四壁的分束器将激光束的一部分透射到腔中以形成输入激光束。所述输入激光束被三个反射壁反射回分束器，所述分束器将输入激光束的一部分透射到 腔外以形成输出激光束的一部分。分束器还将输入激光束的另一部分反射回反射壁以 形成附加输入激光束。这样，光束继续在三个反射壁和分束器之间循环，并且每当光 束入射到分束器上时，光束的一部分被传出腔外以形成输出激光束的一部分。

所述腔限定了从分束器延伸到第一壁、到第二壁、到第三壁并且回到分束器上的光路。所述光路可以是闭环。当光路的长度大于或等于激光束的相干长度时，所述腔 可以产生附加模式，从而减小激光束的相干性。多个腔可以光学耦合在一起以增加可 以产生的附加模式的数量。

如果四个光学部件(即，三个反射壁和分束器)中的两个或更多个彼此围绕至少两个轴相互倾斜，则所述装置还可以围绕其传播轴旋转激光束。当光学部件以这种方 式倾斜时，每当光束通过光路环路时，由所述通路产生的输出激光束，相对于由输入 激光束的先前通路产生的输出激光束，围绕其传播轴，旋转给定的旋转位移。对于连 续激光束，输出激光束可以是不同旋转朝向的各种输出激光束的组合。因此，所述装 置可以增加激光束的旋转均匀性。

在本说明书中，元件可以被描述为“被配置为”执行一个或多个功能或“配置为 用于”这样的功能。通常，被配置为执行或配置为用于执行功能的元件能够执行所述 功能，或者适合于执行所述功能，或适于执行所述功能，或者可操作地执行所述功能， 或者能够执行所述功能。

应当理解，为了本说明书的目的，“X，Y和Z中的至少一个”和“X，Y和Z中 的一个或多个”的语言可以被解释为仅X，仅Y，仅Z，或X，Y，Z中两个或更多项 的任意组合(例如，XYZ，XY，YZ，ZZ等)。类似的逻辑可以应用到出现的任何“至 少一个...”和“一个或多个...”语言中的两个或更多项。

本说明书的一个方面提供了一种用于减少激光束相干性的装置，所述装置包括：呈矩形的腔，所述腔包括：第一壁、第二壁和第三壁，每个包括反射内表面；以及包 括分束器的第四壁。第四壁配置为将至少一部分激光束透射到腔中以形成入射在第一 壁上的输入激光束。第一壁配置为将输入激光束反射到第二壁上。第二壁配置为将输 入激光束反射到第三壁上；并且第三壁配置为将输入激光束反射到第四壁上。此外， 第四壁还配置为反射输入激光束的第一部分以形成入射在第一壁上的进一步的输入激 光束，并将输入激光束的第二部分透射出腔外以形成输出激光器光束。腔限定了从第 四壁延伸到第一壁，到第二壁，到第三壁并返回到第四壁的光路。所述光路是闭环， 并且光路的长度大于或等于激光束的相干长度。

腔可以是正方形的。

第四壁可以包括50/50分束器。

进一步的输入激光束可以与输入激光束重合。

所述装置还包括设置在光路中的一个或多个聚焦透镜。

所述装置还包括：呈矩形的进一步的腔，所述进一步的腔包括：进一步的第一壁，进一步的第二壁和进一步的第三壁，每个壁包括相应的反射内表面；以及包括相应分 束器的进一步的第四壁。进一步的腔还包括中间壁，所述中间壁包括相应的反射表面， 中间壁设置在腔和进一步的腔之间。第四壁和进一步的第四壁彼此相对。中间壁与第 一壁和进一步的第三壁平行，并且中间壁配置为将输出激光束反射到进一步的第四壁 的外表面上。进一步的腔配置为接收输出激光束作为输入，并且产生进一步的输出激 光束作为输出。

中间壁可以置于第一壁和进一步的第三壁的公共平面上。

进一步的腔可以是正方形的。

由腔限定的光路的长度可以不同于由进一步的腔限定的进一步的光路的进一步的 长度。

所述装置还可以包括：附加装置，包括附加腔，附加的进一步的腔和附加中间壁。附加装置可以被定向以使得：附加中间壁与中间壁平行设置，中间壁的相应的反射表 面面朝附加中间壁的相应的反射表面；并且进一步的腔可以被定向为引导进一步的腔 输出的进一步的输出激光束入射到附加腔的附加第四壁上作为附加装置的相应输入。 附加装置可以配置为接收进一步的输出激光束作为相应输入，并且产生附加输出激光 束作为相应输出。

根据本说明书的另一方面，提供了一种用于减少激光束相干性的装置，所述装置包括：第一反射器、第二反射器、第三反射器和分束器，其共同将光路限定成一个闭 环。分束器配置为：透射激光束的第一部分以形成沿着光路朝向第一反射器的输入激 光束；并且反射激光束的第二部分以形成沿输出方向的反射激光束。第一反射器配置 为沿着光路将输入激光束反射到第二反射器；第二反射器配置为将从第一反射器反射 的输入激光束沿着光路反射到第三反射器；并且第三反射器配置为将从第二反射器反 射的输入激光束沿着光路并在输出方向反射到分束器。第一反射器和第三反射器中的 一个或多个相对分束器的至少两个轴倾斜。分束器还配置为：透射从第三反射器反射 的输入激光束的第三部分以形成沿输出方向的输出激光束；并且沿着光路朝第一反射 器反射从第三反射器反射的输入激光束的第四部分。输出激光束具有围绕其传播轴的 旋转方向，其相对于激光束围绕其相应传播轴的相应旋转方向位移了旋转位移。

将360°除以旋转位移可以产生非零余数。

分束器可以包括50/50分束器。

光路的长度大于或等于激光束的相干长度。

所述装置可以包括本说明书的每个方面的装置彼此光耦合，使得本说明书的一个方面的装置的输出激光束可用作本说明书的另一方面的装置的相应激光束。

附图说明

现在将参考附图，仅通过举例的方式，描述本说明书的一些实现方式，其中：

图1示出，根据非限制性实现的，用于减少激光束相干性的装置。

图2示出，根据非限制性实现的，用于减少激光束相干性的另一个装置。

图3示出，根据非限制性实现的，用于减少激光束相干性的又一个装置。

图4示出，根据非限制性实现的，用于减少激光束相干性的又一个装置。

图5示出，根据非限制性实现的，用于减少激光束相干性的又一个装置。

图6示出，根据非限制性实现的，用于减少激光束相干性的又一个装置。

图7示出，根据非限制性实现的，用于减少相干性并增加激光束均匀性的装置。

图8示出穿过图7装置的光束。

图9示出由图7装置产生的第一输出光束。

图10示出由图7装置产生的第二输出光束

图11示出由图7装置产生的第三输出光束。

图12示出由图7装置产生的第四输出光束。

图13示出由图7装置产生的第五输出光束。

图14示出由图7装置产生的五个输出光束的组合。

图15示出图14所示的五个输出光束的组合的另一个视图。

图16示出，根据非限制性实现的，用于减少相干性和增加激光束均匀性的另一个装置。

具体实施方式

为了解决减小激光束的相干性和其产生的光斑同时避免增加光学扩展量和使用移 动部件的挑战，本说明书提供了一种用于减小激光束130相干性的装置100，如图1 所示。设备100包括腔105，腔105又包括第一壁110、第二壁115、第三壁120和第 四壁125。壁110、115和120各自包括反射内表面。壁125包括分束器。

激光束130部分地通过壁125的分束器透射到腔105中。透射的部分形成入射到 壁110上的输入激光束135。激光束130的另一部分从壁125反射形成输出激光束145 的一部分。壁110反过来将输入激光束135反射到壁115上，壁115然后将输入激光 束135反射到壁120上。壁120反过来将输入激光束135反射回壁125的分束器上。

壁125反射输入激光束135的一部分以形成入射到壁110上的进一步的输入激光束140。此外，壁125透射输入激光束135的另一部分以形成输出激光束145的一部 分。进一步的输入激光束140然后以类似于输入激光束135的方式被壁110、115和 120反射到壁125的分束器上。在壁125处，一部分进一步的输入激光束被透射以形 成输出激光束145的一部分，而进一步的输入激光束140的另一部分被壁125反射以 形成另外的进一步的输入激光束。以这种方式，输入激光束135绕腔105的四个壁循 环，并且每当光束入射到壁125的分束器上时，光束的一部分就被透射出腔105，而 光束的另一部分被反射以再次通过腔105的三个反射壁进行循环。

因此，腔105限定了从壁125延伸到壁110、到壁115、到壁120并返回到壁125 的光路。在一些实现中，该光路可以是闭环的。换句话说，输入激光束135被反射到 壁125上的相同点或基本上相同的点上，激光束130的一部分通过该点透射到腔105 中。此外，在一些实现中，进一步的输入激光束140，和/或随后的输入激光束，可以 与输入激光束135重合或基本重合。图1示出了激光束135和140是分离的平行光束， 仅是为了说明的目的。可以想到，光束135和140可以重合，在这种情况下，光束135 和140将显示为一个单个光束。此外，在这种情况下，光束135和145也将各自显示 为类似于图1中描述的激光束130的方式的单个光束。

由腔105限定的光路的长度为长度150(图1中标记为“L”)的四倍。换句话说， 光路的长度为4L。为了产生激光束130的附加模式，从而减小激光束130的相干性， 光路的长度(4L)设定为大于或等于激光束130的相干长度。相干长度可以计算为激 光束130的平均波长的平方除以包括激光束130的最长和最短波长之间的差。每次输 入激光束135循环通过光路的一个环路时，产生一个新的模式。模式数量越多，输出 激光束145的相干性越低，当输出激光束145用于投影图像时产生的光斑越少。

本领域技术人员会理解，大多数光反射器和发射器不是完美的，在这种意义上，当光束从反射器或分束器反射时，或者当光透过诸如分束器的部件时会有损失。在腔 105中，如果壁110、115和120具有反射率“r”并且壁125的分束器具有吸收损耗 率α，则输出激光束145的强度与激光束130的强度的比值计算为[0.5+ (0.5)(1-α)²r³/(1-(0.5)r³)]。根据所述等式，在α＝0.005和r＝0.995的实现中，输出激光 束145的强度与激光束130的强度的比值为0.98，这表示由于使用装置100减小激光 束130的相干性而导致的2％的强度损失，从而减少使用输出激光束145投影图像的 光斑。

因此，装置100可以使用相对于激光束静止的部件来减小激光束130的相干性和相关的光斑并且不增加激光束的光学扩展量。此外，如上所述，使用装置100相关的 强度损失可以是适度的。

虽然示出的腔105是正方形的，但是可以设想腔可以是矩形的，或者具有任何其它合适的形状。此外，示出的腔105是封闭的，壁110、115、120和125在腔105的 角部彼此相接。然而，也可以设想两个或多个壁可以部分或完全相互断开连接。此外， 可以设想，在一些实现中，壁110、115和120中一个或多个的内表面的一部分是反射 性的，所述部分是暴露于输入激光束135的那一部分。

如上所述，壁125包括分束器。在一些实现中，仅暴露于激光束的壁125的部分 包括分束器；而在其他实现中，壁125的未暴露于激光束的部分也包括分束器。分束 器可以包括50/50分束器，或具有任何其他反射与透射比的分束器。

在一些实现(未示出)中，装置100还可包括光路中的一个或多个聚焦透镜。如 果输入激光束不是完全准直的(即，稍微发散)，则它可以在多次循环通过光路过程中 变得越来越发散。聚焦透镜可以在每次通过光路的过程中重新聚焦输入光束，从而防 止在每次通过光路之后输入激光束更加发散。

图2示出用于减少激光束相干性的另一个装置200。装置200与装置100类似的 地方在于装置200包括第一反射器210、第二反射器215和第三反射器220以及分束 器225，其分别以类似于壁110、115、120和125的方向布置。装置200和装置100 之间的差异在于，与装置100中的壁不同，装置200的反射器210、215、220以及分 束器225在拐角处不连接在一起。除了物理结构的差异，装置200以与装置100类似 的方式执行光学功能。

激光束230入射到分束器225上，分束器225透射激光束230的一部分以形成第 一输入激光束235，并且反射激光束230的另一部分以形成第一输出激光束240。以非 限制示例的方式并且为了说明的目的，分束器225设置为理想的50/50分束器。因此， 第一输入激光束235表示激光束230强度的50％，第一输出激光束240也表示激光束230强度的50％。

第一输入激光束235被反射器210、215和220反射回到分束器225上，分束器 225再次反射第一输入激光束235的一部分以形成第二输入激光束245，并且透射第一 输入激光束235的另一部分以形成第二输出激光束250。第二输入激光束245表示激 光束230强度的25％，第二输出激光束250也表示激光束230强度的25％。

然后第二输入激光束245被反射器210、215和220反射回到分束器225上，分束 器225再次反射第二输入激光束245的一部分以形成第三输入激光束255，并且透射 第二输入激光束245的另一部分以形成第三输出激光束260。第三输入激光束255表 示激光束230强度的12.5％，第三输出激光束260也表示激光束230强度的12.5％。

虽然为了说明的清楚和方便，图2仅描述了输入激光束通过反射器210、215、220和分束器225限定的光路的三次通过，本领域技术人员会理解，输入激光束将继续循 环通过光路，每次循环将产生强度低于前一次循环产生的输出激光束的强度的相应输 出激光束。对于连续激光束230，从装置200输出的光束是第一输出激光束240、第二 输出激光束250、第三输出激光束260以及所有随后的输出激光束的组合。

此外，为了说明的清楚，在图2中输入激光束235、245和255示为彼此偏离(即 不重合)。然而，在实践中，输入激光束235、245、255和随后的输入激光束(与反射 器和分束器之间的光束的连续循环相关联)是重合或基本重合的。

另外，为了说明的清楚，在图2中，反射器被示为无损地反射光，并且分束器被 示为无损地反射和透射光。然而，本领域技术人员会理解，实际的反射器和分束器不 是无损的，并且与其反射或透射相关的任何损失将进一步降低每个随后的输出激光束 的强度。以上关于装置100讨论了这种损失。

现在转到图3，示出了用于减小激光束相干性的装置300。装置300包括装置100 和类似于装置100的腔105的第二腔305。腔305包括第一壁310、第二壁315、第三 壁320和第四壁325。壁310、315和320包括反射内表面，并且壁325包括分束器。

装置300还包括设置在腔105和腔305之间的中间壁330。在装置300中，中间 壁330位于壁110和壁320的公共平面上。然而，可以设想中间壁330可以平行于腔 腔105的壁110以及腔305的壁320，而不位于壁110和壁320的公共平面上。此外， 在装置300中，腔105的壁125与腔305的壁325相对。壁125可以平行于或基本上 平行于壁325。在这种朝向中，腔305可以接收输出激光束145作为输入，并且腔305 又可以产生输出激光束340。

另外，中间壁330包括配置为将装置100的输出激光束145反射到腔305的壁325 的外表面上的反射表面。壁325的分束器反射输出激光束145的一部分以形成输出激 光束340的一部分。壁325还透射输出激光束145的另一部分以形成入射到壁310上 的输入激光束335。壁310、315和320将输入激光束335反射回壁325的分束器上， 其透射输入激光束335的一部分以形成输出激光束340的一部分，并将输入激光束335 的另一部分反射回壁310上。

类似于腔105，腔305通常可以是矩形的。腔305也可以是正方形的，或者可以 具有任何其它合适的形状。此外，类似于腔105，腔305可以限定从壁325延伸到壁 310、到壁315、到壁320并返回到壁325上的光路。腔305的光路可以具有与腔105 的光路相同或不同的长度。在一些实现(未示出)中，腔305可以具有与腔105不同 的侧面长度(即，不同尺寸)，这种差异将导致腔305的光路与腔105的光路长度不同。

现在转到图4，示出用于减小激光束相干性的装置400。装置400包括装置300 和类似于装置300的另一个装置300a。装置300a以类似于装置300的方式执行光学 功能。装置300a包括类似于腔105的腔105a，类似于腔305的腔305a以及类似于中 间壁330的中间壁330a。腔105a包括壁125a，其包括分束器。

装置300a相对于装置300进行定向，使得中间壁330平行或基本平行于中间壁330a，并且中间壁330的反射表面朝向中间壁330a的反射表面。此外，装置300a被 定向以使得输出激光束340入射到腔105a的壁125a上，壁125a输出激光束340的一 部分透射到腔105a中以形成相应的输入激光束135a。在这种朝向中，装置300a接收 装置300的输出激光束340作为输入并产生输出激光束340a。

现在转到图5，示出用于减小激光束相干性的装置500。装置500包括在结构上与装置200类似、并且在光学功能上与腔105和装置200类似的腔505。腔505包括第 一反射器510、第二反射器515、第三反射器520和分束器525。装置500还包括通常 类似于腔505的第二腔545，并且包括第一反射器550、第二反射器555、第三反射器 560和分束器565。

腔505和545通常可以是正方形或矩形的，并且具有彼此相同或不同的尺寸。腔505的分束器525可以平行于或基本平行于腔545的分束器565。这种朝向允许腔505 的输出激光束540入射到分束器565上并且形成腔545的输入激光束570的一部分。

在装置500中，激光束530入射到分束器525上，分束器525反射激光束530的 一部分以形成输出激光束540的一部分，并透射激光束530的另一部分以形成输入激 光束535。输入激光束535又被反射器510、515和520反射回分束器525上。然后， 分束器525透射输入激光束535的一部分以形成输出激光束540的一部分并将输入激 光束535的另一部分反射回反射器510上。

输出激光束540入射到分束器565上，分束器565反射输出激光束540的一部分 以形成输出激光束575的一部分，并透射输出激光束540的另一部分以形成输入激光 束570。然后，输入激光束570被反射器550、555和560反射回分束器565上。分束 器565又透射输入激光束570的一部分以形成输出激光束575的一部分并且将输入激 光束570的另一部分反射回反射器550上。对于连续激光束530，输出激光束575可 以包括在光束通过由反射器550、555、560以及分束器565限定的光路的环路的每次 循环的过程中从腔545透射出的光束的组合。

现在转到图6，示出用于减小激光束相干性的装置600。装置600包括腔605，腔 腔605包括第一分束器610、第一反射器615、第二反射器620和第二分束器625。腔 605具有类似于腔105或装置200的几何形状。此外，装置包括第一附加反射器655 和第二附加反射器660，其分别可以平行于或基本平行于分束器625和分束器610。

在操作中，激光束630可以入射到分束器625上，分束器625反射激光束630的 一部分以形成反射激光束640并透射激光束630的另一部分以形成输入激光束635。 输入激光束635，随后入射到分束器610上，分束器610透射输入激光束635的一部 分以形成输出激光束650的一部分并且反射输入激光束635的另一部分以形成反射激 光束645。反射激光束645然后通过反射器615和620反射回分束器625，分束器625 沿着与输入激光束635相同或基本相同的方向反射反射激光束645的一部分。分束器 625还透射反射激光束645的另一部分以形成反射激光束640的一部分。

反射器655和660被定向成使得反射激光束640在与输入激光束635入射到分束 器610的相同或基本上相同的位置处被反射器655和660反射回分束器610上。随后， 分束器610反射反射激光束640的一部分以形成输出激光束650的一部分，并且透射 反射激光束640的另一部分以形成与反射激光束645重合或基本重合的另一个激光束。

通过调节腔605的尺寸和反射器655和660到腔605之间的距离，可以调节通过 装置600的光的各种路径长度。这又可以确定由装置600产生的输出激光束650的模 式数量。这种模式数量可以确定装置600可以减小激光束630相干性的程度。

图7示出可以用于减小激光束相干性和/或用于使激光束均匀化的装置700。装置700包括分束器705、第一反射器710、第二反射器715和第三反射器720。分束器705 可以具有任何合适的反射透射比，包括但不限于50/50的比值。这四个部件一起限定 了一个闭环的光路。图8示出光路的四个部分，包括输入激光束805、第一反射光束 810、第二反射光束815和第三反射光束820。

光路是一个闭环意味着一旦激光束进入装置700，其就可以沿着光路继续在分束器705和反射器710、715和720之间循环，同时在光束通过光路环路的每个循环期间 一些光透过分束器705并透射出装置700。

图7和8还示出入射在分束器705上的激光束725，和从装置700传播的输出激 光束730。参考图8，分束器705透射激光束725的一部分以形成沿着光路指向第一反 射器710的输入激光束805。分束器705还反射激光束725的另一部分以形成反射激 光束，该反射激光束形成了输出激光束730的一部分并且被引导沿着输出激光束730 指示的输出方向。

第一反射器710又反射输入激光束805以形成沿着光路朝向第二反射器715传播的第一反射光束810。然后，第二反射器715反射反射激光束810以形成沿着光路朝 向第三反射器720传播的第二反射光束815。第三反射器720又反射第二反射光束815 以形成沿着光路朝向分束器705传播的第三反射光束820。

一旦接收到第三反射光束820，分束器705透射光束820的一部分以形成朝向由 箭头表示的输出激光束730指示的输出方向的输出激光束730的一部分。分束器705 还透射光束820的另一部分以形成沿着光路朝向反射器710传播的进一步的输入激光 束。这种附加输入激光束可以与输入激光束805重合或基本重合。

与装置100和迄今描述的其它装置不同，在装置700中，由光束805、810、815 和820限定的光路不位于一个平面中。为了产生这样的光路，四个光学部件(即分束 器705和反射器710、715和720)中的至少两个围绕至少两个不同轴彼此相互倾斜。 这些轴的示例包括但不限于笛卡尔坐标轴。在一些实现中，第一反射器710和第三反 射器720中的一个或多个相对于分束器705围绕至少两个轴倾斜。每当光束完成光路 环路的一次通过时限定光路的四个光学部件的这种朝向和倾斜导致光束围绕其传播轴 旋转给定的旋转位移，如下面将更详细描述的。

图9示出装置700，和限定其光路的四个光学部件(即分束器705和反射器710、 715和720)。激光束725和输出激光束730a被示出为具有矩形横截面以便于可视化由 装置700引起的光束中的旋转。图9示出具有矩形横截面的光束，可以设想这些光束 和这里描述的其它光束可以具有任何合适的横截面，包括但不限于，圆形或圆形横截 面、椭圆形横截面、正方形横截面、多边形横截面等。如图9所示，输出激光束(表 示为输出激光束730a)的一部分由被分束器705反射而不进入装置700的光路的激光 束725的那部分组成。由此，相对于激光束725围绕其传播轴的旋转朝向而言，输出 激光束730a不围绕其传播轴旋转。

图10示出在激光束完成由装置700限定的光路的一个循环之后产生的输出激光束的部分。输出激光束的这个部分示为输出激光束730b。图10示出相对于输出激光束 730a围绕传播轴1010的旋转朝向而言输出激光束730b围绕其传播轴1010旋转了旋 转位移1015。如上所述，输出激光束730a围绕其传播轴1010的旋转朝向与激光束725 围绕其传播轴1005传播轴的旋转朝向相同。因此，输出激光束730b也相对于激光束 725相对传播轴1005的旋转朝向围绕传播轴1010位移了旋转位移1015。

这种旋转位移1015由限定装置700的光路的四个光学部件(即分束器705和反射器710、715和720)中彼此的空间朝向引起。特别地，一些相对其它光学部件围绕两 个或多个轴倾斜的光学部件也有助于产生旋转位移1015。

图11示出了装置700，以及完成光路环路的第二次通过以产生输出激光束730c 形式的输出激光束的另一部分的激光束。与输出激光束730b类似，输出激光束730c 也相对于输出激光束730b围绕其传播轴1010的旋转朝向而围绕其传播轴1010位移了 旋转位移1015。换句话说，光束每次通过设备700的光路都会产生输出激光束的一部 分，输出激光束的一部分相对于由光束先前通过光路而产生的输出激光束的部分的旋 转朝向围绕其传播轴1010位移了旋转位移1015。旋转位移1015的大小由四个光学部 件(即分束器705和反射器710、715和720)的朝向决定。

图12示出输出激光束730d是第三次通过装置700的光路而产生的输出激光束的一部分。虽然在图12中未标出输出激光束730d的旋转位移，激光束730d相对于输出 激光束730c的旋转朝向围绕其传播轴旋转了旋转位移1015(图11所示)。

类似地，图13示出输出激光束730e是第四次通过装置700的光路而产生的输出 激光束的一部分。虽然未在图13中标记，激光束730e相对于输出激光束730d的旋转 朝向围绕其传播轴旋转了旋转位移1015(图11所示)。

尽管附图仅示出前四次通过装置700的光路而产生的输出激光束的部分，本领域技术人员会理解，当光束继续通过光路环路循环时，每次通过环路都产生输出激光束 的一部分，输出激光束的一部分相对于光束先前通过光路而产生的输出激光束的旋转 朝向围绕其传播轴旋转了旋转位移1015。

图14示出激光束725和彼此组合以形成输出激光束1405的输出激光束730a、730b、730c、730d和730e。对于连续激光束725，输出激光束1405将是围绕其传播 轴具有不同旋转朝向/位移的每个输出激光束的组合，基于产生输出激光束的光束通过 光路环路的循环次数。因此，输出激光束1405可以比激光束725更均匀地旋转。

如果分束器705和反射器710、715和720被定向成使得旋转位移1015(图11所 示)不能乘以整数而产生360°(即，如果将360°除以旋转位移产生一个非零余数)， 那么每个输出激光束的旋转位移将使得输出激光束围绕其传播轴的旋转朝向将不同于 由光束先前通过光路而产生的任何输出激光束的旋转朝向。这种旋转位移可以进一步 增强输出激光束1405相对于激光束725的旋转均匀性。

图15示出图13所示的装置700和输出激光束1405的另一个视图。在图14中， 描述了输出激光束1405的横截面，示出构成输出激光束1405的前五个输出激光束 (730a、730b、730c、730d和730e)。

除了增加输出激光束的旋转均匀性之外，装置700还可以用于减小激光束725的相干性。例如，如果由分束器705和反射器710、715和720限定的光路的长度大于或 等于激光束725的相干长度，那么装置700可以类似于装置100执行功能以产生附加 模式并减小激光束的相干性。换句话说，取决于光路的长度，装置700可以产生附加 模式(从而减小相干性)并增加激光束的旋转均匀性。

为了进一步减小相干性并增加激光束的均匀性，装置700可以与装置100、装置300、装置400或这里描述的任何装置中的一个或多个光学耦合(即串联使用)。在这 些组合中，一个装置的输出激光束可以用作入射到另一装置的激光束。

图16示出了与装置400光学耦合的装置700，使得装置400的输出激光束340a 入射到并用作装置700的输入。一起使用装置400和装置700将装置400的模式生成 (和相干性减小)功能与装置700的旋转均匀化和潜在模式生成功能组合，以产生不 太可能产生光斑的输出激光束，并且相比于如果仅使用装置400和700中的一个，可 以获得更多的旋转均匀性。

在图16中装置700示为在光路中装置400的下游，还可以设想装置700在装置 400的上游使得装置700的输出激光束1405可以用作装置400的输入。在一些实现中， 可以使用诸如透镜和反射器的附加光学元件来光耦合装置400和装置700。

在这里描述的装置中，反射器可以包括抛光金属、镀银玻璃或被反射金属层覆盖的另一基底或任何其它合适的反射器。分束器可以包括，但不限于，电介质光学涂层 或部分金属涂层覆盖的玻璃或其它透明基底。光学涂层可配置为与偏振光和非偏振光 中的一种或多种相互作用。分束器可以包括，但不限于，立体分束器、平板分束器或 薄膜分束器。

此外，虽然上述讨论涉及激光束，但是这里讨论的装置可以用于减小任何其它类型的相干光束的相干性。此外，虽然一些附图示出了具有给定输入和输出方向的输入 和输出光束，但是本领域技术人员会理解，通过这里描述的装置的光的传播方向也可 以反向以使得光以与上述相反的方向通过每个装置。

上述实现是示例性的，本领域技术人员可以对其进行更改和修改，而不脱离仅由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (10)

1.一种用于减小激光束相干性的系统，所述系统包括：

第一装置和第二装置，所述第一装置和所述第二装置的每一个包括：

呈矩形的腔，所述腔包括：

第一壁、第二壁和第三壁，每个壁包括反射内表面；以及

包括分束器的第四壁；

第四壁配置为将至少一部分激光束透射到腔中以形成入射在第一壁上的输入激光束；

第一壁配置为将输入激光束反射到第二壁上；

第二壁配置为将输入激光束反射到第三壁上；

并且第三壁配置为将输入激光束反射到第四壁上；

第四壁还配置为反射输入激光束的第一部分以形成入射在第一壁上的进一步的输入激光束，并将输入激光束的第二部分透射出腔外以形成输出激光束；并且

所述腔限定了从第四壁延伸到第一壁、到第二壁、到第三壁并返回到第四壁的光路；所述光路是一个闭环，所述光路的长度大于或等于激光束的相干长度；以及

呈矩形的进一步的腔，所述进一步的腔包括：

进一步的第一壁、进一步的第二壁和进一步的第三壁，每个壁包括相应的反射内表面；以及

包括相应分束器的进一步的第四壁；以及

中间壁，所述中间壁包括相应的反射表面，所述中间壁设置在所述腔和所述进一步的腔之间；

所述第四壁和所述进一步的第四壁彼此相对；并且

所述中间壁设置于所述第一壁和所述进一步的第三壁的公共平面上，所述中间壁配置为将输出激光束反射到所述进一步的第四壁的外表面上；

其中所述进一步的腔配置为接收输出激光束作为输入，并且产生进一步的输出激光束作为输出；

其中所述第一装置和所述第二装置相对于彼此被定向以使得：

所述第二装置的所述中间壁被设置为与所述第一装置的所述中间壁基本平行，所述第一装置的所述中间壁的相应反射表面朝向所述第二装置的所述中间壁的相应反射表面；并且

所述第一装置的所述进一步的腔定向为引导所述第一装置的所述进一步的腔输出的所述进一步的输出激光束入射到所述第二装置的所述进一步的第四壁上作为所述第二装置中的相应输入；以及

其中所述第二装置配置为接收来自所述第一装置的所述进一步的输出激光束作为相应输入并且产生附加输出激光束作为相应输出。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一装置的所述腔的所述第四壁、所述第一装置的所述进一步的腔的所述第四壁、所述第二装置的所述腔的所述第四壁和所述第二装置的所述进一步的腔的所述第四壁中的至少一个包括50/50分束器。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一装置的所述腔、所述第一装置的所述进一步的腔、所述第二装置的所述腔和所述第二装置的所述进一步的腔中的至少一个是方形的。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，对于所述第一装置和所述第二装置中的每一个，所述各自的进一步的输入激光束与所述各自的输入激光束基本重合。

5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括设置在所述光路中的一个或多个聚焦透镜。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述第一装置和所述第二装置的所述各自的腔限定的所述光路的长度中的至少一个与由所述第一装置和所述第二装置的所述各自的进一步的腔限定的进一步的光路的进一步的长度不同。

7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括附加装置，所述附加装置包括：

第一反射器、第二反射器、第三反射器和附加分束器，其共同限定附加光路是闭环；

所述附加分束器配置为：

透射激光束的第一部分以形成沿着光路朝向所述第一反射器的输入激光束；并且

反射激光束的第二部分以形成沿着输出方向的反射激光束；

所述第一反射器配置为将输入激光束沿着光路反射到所述第二反射器；

所述第二反射器配置为将从所述第一反射器反射的输入激光束沿着光路反射到所述第三反射器；

所述第三反射器配置为将从所述第二反射器反射的输入激光束沿着光路并在输出方向反射到所述附加分束器；

所述第一反射器和所述第三反射器中的一个或多个相对于所述分束器围绕至少两个轴倾斜；

分束器还配置为：

透射从所述第三反射器反射的输入激光束的第三部分以形成沿着输出方向的输出激光束；并且

将从所述第三反射器反射的输入激光束的第四部分沿着光路朝向所述第一反射器反射；并且

输出激光束具有围绕其传播轴的旋转朝向，其相对于激光束围绕激光束相应传播轴的相应旋转方向位移了旋转位移；

其中，所述附加装置和所述系统彼此光学耦合，使得以下之一：

所述附加装置的所述输出激光束用作所述系统的所述相应激光束；以及

所述系统的所述相应附加输出激光束用作所述附加装置的所述激光束。

8.根据权利要求7所述的系统，其中将360°除以所述旋转位移产生非零余数。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述附加分束器包括50/50分束器。

10.根据权利要求7所述的系统，其中所述附加光路的长度大于或等于所述激光束的相干长度。

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