CN109638641B - 混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的方法及装置，具体为：混沌电路产生宽带混沌电信号后，经过宽带放大器，输入偏置器，激光器驱动电路的驱动电压也输入偏置器与经过宽带放大的混沌电信号混合，为多个激光显示用激光器供电驱动激光器工作，同时也输出混沌调制信号，各信号并联调制激光器，且经过大于0.3ns或大于6cm延迟的线路，使各激光器输出混沌激光，同时使输出信号在到达屏幕端时无相干性，即得无散斑光束输出，各激光器输出的光经过会聚透镜会聚，经过准直透镜准直后，平行注入MEMS镜片，通过相应的扫描电路调节以实现激光显示系统在幕布成像。本发明保证了激光器的全功率输出，提高了能量利用率，系统简单可靠。
Description
技术领域
本发明涉及混沌电路的激光调制应用领域，具体为一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的方法及装置。
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。
为了解决该问题，大多研究者在光路中添加不同降低激光相干性的装置，从空间域降低了激光的相干性，主要添加装置包括：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，这些装置均可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，形成能量分布均匀的图像，实现激光显示中散斑的消除。
另外还有一些研究针对显示屏和光源做出了改进，从时间域降低了激光的相干性。振动的屏幕或添加胶态分散物质的屏幕可使干涉散斑无法在固定位置形成长时间干涉，多波长光源、随机激光器、白光激光器等也可一定程度的降低激光的相干性，从而抑制散斑的形成。
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）。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。
（Proc. SPIE 8550, Optical Systems Design 2012, 85501I, 2012）文章中虽已指出使用调制信号改善激光的相干特性，但使用的是单频调制信号去抑制光反馈对激光器产生的混沌特征，且用大幅度单频信号调制，其结果必然对激光输出亮度造成明暗相间的演化，不利于激光显示的效果。
因此有研究者提出使用光反馈或光注入等方法，使激光显示系统中的激光器产生混沌激光，从而降低其相干性，但该方法需要分出部分光提供混沌激光的产生，降低了激光显示系统的输出效率。使用混沌电信号调制激光器产生混沌激光已有提出，但均在混沌激光产生用于测距、随机数产生领域，对激光显示的散斑抑制领域并未涉及。为了更有效利用激光器，使其输出达到最大，因此对现有技术需要提出改进，提出一种新型的调制激光器的方法来实现激光显示系统的散班抑制。
发明内容
本发明为了解决现有技术中由于散斑的存在，激光器利用率不高，输出达不到最大的问题，提供了一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的方法及装置。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的方法，混沌电路产生宽带混沌电信号后，经过宽带放大器，输入偏置器，激光器驱动电路的驱动电压也输入偏置器与经过宽带放大的混沌电信号混合，为多个激光显示用激光器供电驱动激光器工作，同时也输出混沌调制信号，各信号并联调制激光器，且经过大于0.3ns或大于6cm延迟的线路，使各激光器输出混沌激光，同时使输出信号在到达屏幕端时无相干性，即得无散斑光束输出。
一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的装置，包括混沌电路和激光器驱动电路，混沌电路的输出端与宽带放大器的输入端连接，宽带放大器的输出端与偏置器的一个输入端连接，所述激光器驱动电路的输出端与偏置器的另一个输入端连接，所述偏置器的输出端经过大于0.3ns或大于6cm延迟的线路与多个激光器的输入端连接来驱动激光器。
本发明是为了在激光器的激光显示中抑制散斑所发明设计的，主要是通过混沌电路产生的混沌电信号来调制激光器来对激光显示的散斑进行抑制，主要包括混沌电路、宽带放大器，混沌电路的输出端输出混沌电信号，与宽带放大器的输入端连接，将混沌电信号放大，宽带放大器的输出端与偏置器的一个输入端连接，将宽带混沌电信号输入偏置器，偏置器的另一个输入端与激光器驱动电路的输出端连接，激光器驱动电路的电信号与经过宽带放大的电混沌电信号混合后，偏置器的输出端经过大于0.3ns或大于6cm延迟的线路与多个激光器的输入端连接来驱动激光器发出光束，沿着光路布置有会聚透镜、准直透镜和MEMS镜，光经过会聚透镜会聚，然后经过准直透镜准直后，平行注入MEMS镜片，最后再通过相应的扫描电路调节以实现激光显示系统在幕布上的成像。本发明的原理为：使用混沌电信号调制各个激光器，调制后的每个激光器输出混沌激光，而且混沌激光自身相干性很低，所以单个激光器输出无散斑，偏置器与激光器之间采用了延迟线路，使得各激光器之间也无相干性，保证了会聚后的光束无相干性，即：单个激光器输出相干性低，多个之间也无相干性，利用混沌激光时间相干性降低的特性，实现激光显示系统的散斑抑制。
优选的，所述混沌电路所产生的混沌电信号带宽≥1GHz。
优选的，所述宽带放大器的信号响应范围为：最低频响应不高于100KHz，高频响应不低于1GHz。
优选的，所述偏置器的响应范围为：最低频响应不高于100KHz，高频响应不低于1GHz。
优选的，混沌电路有多种，均可以实现本发明所要求的功能，因此所述混沌电路可采用蔡氏电路、忆阻器电路、Colpitts电路、改进型Colpitts电路或者基于FPGA编程实现的混沌电信号输出电路。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的方法及装置，其调制幅度很小，且频率很高，不会影响显示效果，利用混沌激光自身相干性很低，所以单个激光器输出无散斑，延迟线路使得各激光器之间无相干性，保证了汇聚后的光束无相干性；本发明无需在激光器输出端为了形成光反馈而分出部分光，保证了激光器的全功率输出，提高了能量利用率；本发明无需考虑光反馈混沌激光产生的条件，即混沌状态最好时（相干性最低时）的激光器工作电流，直接使用最大工作电流即可；同时该方法和装置所用器件也较少，系统简单可靠，易掌握，可大规模应用，提高了激光利用率，具有较大的进步。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，其中带箭头的实线为光路，无箭头的实线为电路。
图中：1-混沌电路，2-宽带放大器，3-激光器驱动电路，4-偏置器，5-激光器，6-会聚透镜，7-准直透镜，8-MEMS镜，9-幕布。
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。
一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的装置，如图1所示，包括混沌电路1和激光器驱动电路3，混沌电路1的输出端与宽带放大器2的输入端连接，宽带放大器2的输出端与偏置器4的一个输入端连接，所述激光器驱动电路3的输出端与偏置器4的另一个输入端连接，所述偏置器4的输出端经过大于0.3ns或大于6cm延迟的线路与多个激光器5的输入端连接来驱动激光器5。
本实施例中：所述混沌电路1所产生的混沌电信号带宽≥1GHz；所述宽带放大器2的信号响应范围为：最低频响应不高于100KHz，高频响应不低于1GHz；所述偏置器4的响应范围为：最低频响应不高于100KHz，高频响应不低于1GHz；由于混沌电路1的分类较多，比如混沌电路1可采用蔡氏电路、忆阻器电路、Colpitts电路、改进型Colpitts电路或者基于FPGA编程实现的混沌电信号输出电路，本实施例中采用Colpitts电路。
本实施例中的一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的方法，如图1所示，混沌电路1产生宽带混沌电信号后，经过宽带放大器2，输入偏置器4，激光器驱动电路3的驱动电压也输入偏置器4与经过宽带放大的混沌电信号混合，为多个激光显示用激光器5供电驱动激光器5工作，同时也输出混沌调制信号，各信号并联调制激光器5，且经过大于0.3ns或大于6cm延迟的线路，使各激光器5输出混沌激光，同时使输出信号在到达屏幕端时无相干性，即得无散斑光束输出，各激光器5输出的光经过会聚透镜6会聚，然后经过准直透镜7准直后，平行注入MEMS镜片8，通过相应的扫描电路调节以实现激光显示系统在幕布9成像。
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 (8)
1.一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的方法，其特征在于：混沌电路（1）产生宽带混沌电信号后，所述混沌电路（1）所产生的混沌电信号带宽≥1GHz；经过宽带放大器（2），输入偏置器（4），激光器驱动电路（3）的驱动电压也输入偏置器（4）与经过宽带放大的混沌电信号混合，为多个激光显示用激光器（5）供电驱动激光器（5）工作，同时也输出混沌调制信号，各信号并联调制激光器（5），且经过大于0.3ns或大于6cm延迟的线路，使各激光器（5）输出混沌激光，同时使输出信号在到达屏幕端时无相干性，即得无散斑光束输出。
2.根据权利要求1所述的一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的方法，其特征在于：所述宽带放大器（2）的信号响应范围为：最低频响应不高于100KHz，高频响应不低于1GHz。
3.根据权利要求1所述的一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的方法，其特征在于：所述偏置器（4）的响应范围为：最低频响应不高于100KHz，高频响应不低于1GHz。
4.一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的装置，其特征在于：包括混沌电路（1）和激光器驱动电路（3），混沌电路（1）的输出端与宽带放大器（2）的输入端连接，宽带放大器（2）的输出端与偏置器（4）的一个输入端连接，所述激光器驱动电路（3）的输出端与偏置器（4）的另一个输入端连接，所述偏置器（4）的输出端经过大于0.3ns或大于6cm延迟的线路与多个激光器（5）的输入端连接来驱动激光器（5）。
5.根据权利要求4所述的一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的装置，其特征在于：所述混沌电路（1）所产生的混沌电信号带宽≥1GHz。
6.根据权利要求4所述的一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的装置，其特征在于：所述宽带放大器（2）的信号响应范围为：最低频响应不高于100KHz，高频响应不低于1GHz。
7.根据权利要求4所述的一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的装置，其特征在于：所述偏置器（4）的响应范围为：最低频响应不高于100KHz，高频响应不低于1GHz。
8.根据权利要求4所述的一种混沌电路调制激光器消除激光显示中散斑的装置，其特征在于： 所述混沌电路（1）可采用蔡氏电路、忆阻器电路、Colpitts电路、改进型Colpitts电路或者基于FPGA编程实现的混沌电信号输出电路。
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