CN108761828A - 一种激光显示专用消散斑光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光显示专用消散斑光源，涉及激光显示用光源领域。该种光源包括n个激光器，n个激光器发出的激光射入到会聚透镜进行会聚后，再通过光阑的通光孔，之后通过准直透镜准直，并入射到透反镜上，透反镜的反射光将汇聚的激光返回至出射激光器本身形成反馈的同时，其他激光器的光也进入该激光器形成多光注入，每个激光器都在光反馈的作用下同时受到其他激光器的注入影响，产生混沌状态，透反镜的透射光作为低相干光源直接输出。本发明在激光显示系统中使用光反馈与光注入结合的形式使激光器产生混沌激光，降低了激光的时间相干性，同时利用光阑形成的多路径从空间上降低了激光的相干性，最终实现了时空间退相干光源。

Description

一种激光显示专用消散斑光源

技术领域

本发明涉及激光显示用光源领域，具体为一种激光显示专用消散斑光源。

背景技术

激光显示技术凭借其色域空间大、色饱和度高、电光转换效率高、光源寿命长等优势，成为继CRT、等离子、LCD/LED显示技术之后，最具潜力的新一代显示技术。然而，由于激光的时、空间相干性极高，使得激光投影成像时存在复合散斑，造成投影图像的分辨率和对比度严重下降。该问题一直是阻碍激光显示技术发展的关键问题。因此，研究者从控制激光时间和空间相干性入手，提出了多种方法进行散斑的抑制。具体方法主要分为三类：

1）改进投影屏幕：运动屏幕使干涉散斑无法在固定位置形成长时间干涉；添加胶态分散物质的屏幕，布朗运动的内部颗粒的散射同样抑制了散斑的形成；

2）改进激光传输相位：传输光路中加入移动或旋转的相位随机散射屏、具有特殊编码结构的相位散射屏、微扫描透镜、衍射器件、可变型反射镜、旋转匀质通光管、胶态散射体、高频振动光纤、多模光纤等，调整激光光束中基元光波的相位分布，从而改变散斑的空间分布，形成光能分别均匀的图像，实现激光显示中散斑的消除；

3）改进系统光源：使用多个独立光源（多波长）、随机激光、D型腔激光器、飞秒激光光源、白光激光器等方法减弱了激光的时间相干性，从而可在激光显示领域抑制散斑的形成。

这些方法中添加了很多额外装置增加了不必要的成本，且部分光源受制作工艺成熟度限制，均难以在激光显示领域实现大规模产业化应用。

研究人员在研究光反馈半导体激光器的非线性动态特性过程中，发现混沌状态可以一定程度的影响激光的时间相干性（IEEE J. Quantum Electron., 28(6), 1459–1469,1992；Appl. Opt., 48(5), 969–973, 2009），文章中使用光反馈结构使激光器产生混沌，仅降低了激光的时间相干性，但是未对空间相干性进行处理；（Optics Letters,38(19),3858-3861,2013）设计了一种激光器，如图1所示，激光的形成需要谐振腔（激光器的必备组成），而文章中Front和Back镜子组成谐振腔，在与增益（gain）的相互作用下最终形成激光，中间的装置只是在产生退相干激光时的一些条件，通过改变光阑大小而使激光模式发生变化，最终降低了产生的激光的空间相干性，结构看似一样，实则不同。这些都是基于红外波段、单横模、低功率（几毫瓦）半导体激光器在长腔反馈状态开展的研究，并不适合产品的集成设计，集成结构的短腔性能并不相同，且激光显示中所用激光器都是大功率（百毫瓦）、多横模、可见光波段的半导体激光器。之后虽然也提出利用偏振分束器将激光分为P和S偏振光，将S偏振光用于反馈产生混沌激光，P偏振光用于输出显示，混沌的产生降低了激光的时间相干性，但此设计的总输出功率降低了一半，未能有效利用激光器能量，若要满足激光显示功率则需要增加激光器数量，降低了实用性。而且光反馈仅仅降低了激光的时间相干性，若能在空间相干性上也有进一步突破，并实现集成化的设计，则可以真正应用在激光显示领域。

因此，有必要发明一种集成了多个激光器的同时降低激光时间相干性和空间相干性的专用于激光显示的光源。

发明内容

本发明为了解决用于激光显示的光源同时降低激光时间相干性和空间相干性，还可以集成多个激光器的问题，提供了一种激光显示专用消散斑光源。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种激光显示专用消散斑光源，包括n个激光器，所述n个激光器发出的激光射入到会聚透镜进行会聚后，再通过光阑的通光孔，之后通过准直透镜准直，并入射到透反镜上，透反镜的反射光将汇聚的激光返回至相应的出射激光器本身形成反馈的同时，其他激光器的光也进入该激光器形成多光注入，产生混沌状态，透反镜的透射光作为低相干光源直接输出；所述会聚透镜与光阑之间的距离为会聚透镜的焦距；所述光阑与准直透镜之间的距离为准直透镜的焦距，所述会聚透镜、光阑、准直透镜和透反镜均保持同轴放置，所述n个激光器发出的激光为准直光光束，所述准直光光束的出射方向与所有光学器件轴线平行。

本发明是针对用于激光显示的光源，由于一般激光显示的光源都包含有多个激光器，以前的多个激光器形成的激光光源虽然也产生了混沌状态，但是却没有本发明中所产生的混沌状态更复杂，抑制散斑效果也好，最后生成的激光的状态较以前更佳。当n个激光器发出的激光射入到会聚透镜进行会聚后，通过光阑的通光孔，再通过准直透镜准直，并入射到透反镜上，透反镜的反射光将汇聚的激光返回至其出射激光器本身形成反馈，与此同时，其他激光器的光也可以进入该激光器形成多光注入，这样每个激光器都在光反馈的作用下同时受到其他激光器的注入影响，产生更复杂的混沌状态，最后透反镜的透射光作为该系统的低相干光源直接输出。激光器受到外界扰动可使产生的激光进入混沌状态。透反镜的反射将激光返回激光器对激光器进行扰动，同时，光阑的作用可使传输的激光模式增加，使反馈达到多路径反馈的作用，因此路径的增加从空间域降低了激光的相干性，而混沌状态从时间域降低了激光的相干性；而多路径反馈可使激光器更易进入混沌状态，且产生的混沌激光更复杂。其中，会聚透镜放置位置为实现将激光器出射光最大程度会聚的功能时的位置，即会聚透镜的焦距；光阑与会聚透镜的距离亦为会聚透镜的焦距，而与准直透镜的距离为准直透镜的焦距；透反镜距准直透镜的距离没有特殊限制，但是所有器件放置均需要保持同轴。

优选的，会聚透镜为高曲率均匀会聚透镜，焦距为0.3-10mm，该种透镜仅对激光器慢轴光进行会聚。

优选的，光阑的通光口径为0.1-5mm。

优选的，准直透镜的焦距为0.3-3mm。

优选的，透反镜的反射率为5%-50%。

优选的，准直透镜和透反镜之间的距离为0-20mm。

优选的，所述光阑采用匀质光通管或多模光纤代替，由于匀质光通管或多模光纤可以起到与光阑相同的作用，并且效果更好，因此可用此两种器件中任意一种来代替光阑。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：在激光显示系统中使用光反馈与光注入结合的形式使激光器产生混沌激光，降低了激光的时间相干性，同时利用光阑形成的多路径从空间上降低了激光的相干性，最终实现了时空间退相干光源。在光反馈基础上增加了其他激光器发出的光注入激光器的干扰形式，相比光反馈结构，该结构可以使产生的混沌激光更加复杂，时间相干性降低更多；本发明中每个激光器在接收自身反馈光的同时，也接收来自于其他所有激光器的注入光，干扰源更多，所以产生混沌效果更好（带宽更宽、随机性更好、自相关旁瓣更低）。

附图说明

图1为背景技术中的参考文献图。

图2为本发明的结构示意图。

图中标记如下：101-会聚透镜，102-光阑，103-准直透镜，104-透反镜，105-激光器，106-反射镜， 1-摄像机， 2-聚焦透镜Ⅰ，3-测试靶，4-准直透镜Ⅰ，5-前置反射镜，6-扩束镜，7-针孔，8聚焦透镜Ⅱ， 9-后置反射镜，10-退相干激光器，11-增益区。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种激光显示专用消散斑光源，包括n个激光器105，所述n个激光器105发出的激光射入到会聚透镜101进行会聚后，再通过光阑102的通光孔，之后通过准直透镜103准直，并入射到透反镜104上，透反镜104的反射光将汇聚的激光返回至相应的出射激光器本身形成反馈的同时，其他激光器的光也进入该激光器形成多光注入，产生混沌状态，透反镜104的透射光作为低相干光源直接输出；所述会聚透镜101与光阑102之间的距离为会聚透镜101的焦距；所述光阑102与准直透镜103之间的距离为准直透镜103的焦距，所述会聚透镜101、光阑102、准直透镜103和透反镜104均保持同轴放置，所述n个激光器105发出的激光为准直光光束，所述准直光光束的出射方向与所有光学器件轴线平行。

优选方案为：所述会聚透镜101为高曲率均匀会聚透镜，焦距为0.3-10mm；光阑102的通光口径为0.1-5mm；准直透镜103的焦距为0.3-3mm；透反镜104的反射率为5%-50%；准直透镜103和透反镜104之间的距离为0-20mm，必要时，准直透镜103和透反镜104之间可紧贴固定；所述n个激光器105发出的光为准直光，该准直光直接射入会聚透镜101或者通过反射镜106反射后射入会聚透镜101，所述光阑102采用匀质光通管或多模光纤代替。

实施例1

本实施例中，n个激光器105为激光显示用半导体激光器；会聚透镜101为高曲率均匀会聚透镜，焦距为5mm；光阑102的通光口径为2mm；准直透镜103的焦距为1.5mm；透反镜104的反射率为20%，将准直透镜103和透反镜104紧贴固定；会聚透镜101与n个激光器105之间的距离不限定，光阑102和会聚透镜101之间的距离为5mm；光阑102和准直透镜103之间的距离为1.5mm；各个光学原件均保持同轴放置。

本实施例具体操作为：n个激光器105发出的光经会聚透镜101会聚，会聚光的焦点通过光阑102的通光孔，之后通过准直透镜103准直，并入射到透反镜104上，透反镜104反射光原路返回到n个激光器105，形成反馈，使每个激光器105都在光反馈的作用下同时受到其他激光器的注入影响，产生更复杂的混沌状态，最后透反镜104的透射光作为该系统的低相干光源直接输出。

实施例2

本实施例中，n个激光器105为激光显示用半导体激光器；激光器发出的光通过反射镜106反射后射入会聚透镜101，会聚透镜101为高曲率均匀会聚透镜，焦距为7mm；光阑102采用匀质光通管或多模光纤中的匀质光通管代替，其通光口径为1.6mm；准直透镜103的焦距为0.9mm；透反镜104的反射率为40%，将准直透镜103和透反镜104距离设置为10mm；会聚透镜101与n个激光器105之间的距离不限定，匀质光通管和会聚透镜101之间的距离为7mm；匀质光通管和准直透镜103之间的距离为0.9mm；各个光学原件均保持同轴放置。

本实施例具体操作为：n个激光器105发出的光经过反射镜106反射后射入会聚透镜101会聚，会聚光的焦点通过匀质光通管的通光孔，之后通过准直透镜103准直，并入射到透反镜104上，透反镜104反射光原路返回到n个激光器105，形成反馈，使每个激光器105都在光反馈的作用下同时受到其他激光器的注入影响，产生更复杂的混沌状态，最后透反镜104的透射光作为该系统的低相干光源直接输出。

本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光显示专用消散斑光源，其特征在于：包括n个激光器（105），所述n个激光器（105）发出的激光射入到会聚透镜（101）进行会聚后，再通过光阑（102）的通光孔，之后通过准直透镜（103）准直，并入射到透反镜（104）上，透反镜（104）的反射光将汇聚的激光返回至相应的出射激光器本身形成反馈的同时，其他激光器的光也进入该激光器形成多光注入，产生混沌状态，透反镜（104）的透射光作为低相干光源直接输出；所述会聚透镜（101）与光阑（102）之间的距离为会聚透镜（101）的焦距；所述光阑（102）与准直透镜（103）之间的距离为准直透镜（103）的焦距，所述会聚透镜（101）、光阑（102）、准直透镜（103）和透反镜（104）均保持同轴放置，所述n个激光器（105）发出的激光为准直光光束，所述准直光光束的出射方向与所有光学器件轴线平行。

2.根据权利要求1所述的一种激光显示专用消散斑光源，其特征在于：所述会聚透镜（101）为高曲率均匀会聚透镜，焦距为0.3-10mm。

3.根据权利要求1所述的一种激光显示专用消散斑光源，其特征在于：所述光阑（102）的通光口径为0.1-5mm。

4.根据权利要求1所述的一种激光显示专用消散斑光源，其特征在于：所述准直透镜（103）的焦距为0.3-3mm。

5.根据权利要求1所述的一种激光显示专用消散斑光源，其特征在于：所述透反镜（104）的反射率为5%-50%。

6.根据权利要求1所述的一种激光显示专用消散斑光源，其特征在于：所述准直透镜（103）和透反镜（104）之间的距离为0-20mm。

7.根据权利要求6所述的一种激光显示专用消散斑光源，其特征在于：所述准直透镜（103）和透反镜（104）之间紧贴固定。

8.根据权利要求1所述的一种激光显示专用消散斑光源，其特征在于：所述n个激光器（105）发出的光为准直光，该准直光直接射入会聚透镜（101）或者通过反射镜（106）反射后射入会聚透镜（101）。

9.根据权利要求1-8中任一所述的一种激光显示专用消散斑光源，其特征在于：所述光阑（102）采用匀质光通管或多模光纤代替。