CN110161711A - 一种激光分束器及光学设备 - Google Patents

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夏良平
王乡
杜春雷
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Abstract

本发明提供的激光分束器，所述激光分束器的前光学表面及后光学表面均由周期阵列排布的光栅组成，且前光学表面的光栅夹角及后光学表面的光栅夹角在0°至90°之间，由于本发明提供的激光分束器由双面一维光栅组成，一维光栅在设计难度、结构制作难度和精度上均显著优于传统的单面二维衍射分束器，成本较低；此外，本发明所述激光分束器在激光入射下，在远场产生二维排布的分束点阵图案，中央零级能量对光栅高度和波长均不敏感，克服了传统二元衍射分束器很难克服的中央零级亮斑，适用性强。

Description

一种激光分束器及光学设备
技术领域
本发明涉及光学器件技术领域，特别涉及一种激光分束器及包括所述激光分束器的光学设备。
背景技术
激光分束器在激光加工、三维测量、光学对准、光通讯以及灯光照明显示等领域具有广泛应用。传统的激光分束器主要为单面的二维衍射结构，通过特殊的二维台阶型相位调制获得激光分束图案。然而，这种单面的二维衍射型分束器受二维衍射结构排布的复杂性限制，分束点阵能量分布的设计需要在两个正交的维度上进行优化，器件结构的设计难度大；其次，受台阶横向特征尺寸限制，大角度分束的加工难度大，且容易因加工误差产生很强的零级衍射，使用受限。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种可克服现有单面衍射型分束器的限制的激光分束器。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种激光分束器，所述激光分束器的前光学表面及后光学表面均由周期阵列排布的光栅组成，且前光学表面的光栅夹角及后光学表面的光栅夹角在0°至90°之间，所述激光分束器在激光入射下，在远场产生二维排布的分束点阵图案。
在一些较佳的实施例中，所述前光学表面的光栅周期及后光学表面的光栅周期p均由公式psinθ＝±mλ确定，其中，λ为入射激光波长、θ为激光分束角度，m为分束级次。
在一些较佳的实施例中，所述前光学表面的光栅产生的各分束级次与所述前光学表面的光栅方向垂直，所述后光学表面的光栅产生的各分束级次与所述后光学表面的光栅方向垂直。
在一些较佳的实施例中，入射激光经所述前光学表面及所述后光学表面的光栅衍射后，产生的分束点阵排布角度与所述前光学表面及后光学表面的光栅的夹角相同。
在一些较佳的实施例中，所述前光学表面及后光学表面的光栅为台阶型光栅或连续型光栅。
在一些较佳的实施例中，所述激光分束器的材料为光学塑料或光学玻璃。
另一方面，本发明还提供了一种光学设备，包括所述激光分束器。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的激光分束器，所述激光分束器的前光学表面及后光学表面均由周期阵列排布的光栅组成，且前光学表面的光栅夹角及后光学表面的光栅夹角在0°至90°之间，由于本发明提供的激光分束器由双面一维光栅组成，一维光栅在设计难度、结构制作难度和精度上均显著优于传统的单面二维衍射分束器，成本较低；此外，本发明所述激光分束器在激光入射下，在远场产生二维排布的分束点阵图案，中央零级能量对光栅高度和波长均不敏感，克服了传统二元衍射分束器很难克服的中央零级亮斑，适用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例1提供的台阶型双面光栅结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的正交排布的激光分束结果图；
图3为本发明实施例2提供的平滑连续型双面光栅结构示意图；
图4为本发明实施例3提供的非平滑连续型双面光栅结构示意图；
图5为本发明实施例3提供的非正交排布的激光分束结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种激光分束器，所述激光分束器的前光学表面及后光学表面均由周期阵列排布的光栅组成，且前光学表面的光栅夹角及后光学表面的光栅夹角在0°至90°之间，所述激光分束器在激光入射下，在远场产生二维排布的分束点阵图案。
可以理解，本发明提供的激光分束器由双面一维光栅组成，一维光栅在设计难度、结构制作难度和精度上均显著优于传统的单面二维衍射分束器，成本较低。
此外，本发明所述激光分束器在激光入射下，在远场产生二维排布的分束点阵图案，中央零级能量对光栅高度和波长均不敏感，克服了传统二元衍射分束器很难克服的中央零级亮斑，适用性强。
在一些较佳的实施例中，所述前光学表面的光栅周期及后光学表面的光栅周期p均由公式psinθ＝±mλ确定，其中，λ为入射激光波长、θ为激光分束角度，m为分束级次。
在一些较佳的实施例中，所述前光学表面的光栅产生的各分束级次与所述前光学表面的光栅方向垂直，所述后光学表面的光栅产生的各分束级次与所述后光学表面的光栅方向垂直。
在一些较佳的实施例中，入射激光经所述前光学表面及所述后光学表面的光栅衍射后，产生的分束点阵排布角度与所述前光学表面及后光学表面的光栅的夹角相同。
以下结合实施例详细说明上述技术方案。
实施例1
请参阅图1，为本发明实施例1提供的一种激光分束器的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。
在本实施例中，所述激光分束器的前光学表面及后光学表面均由周期阵列排布的光栅组成，前光学表面的光栅及后光学表面的光栅为台阶型，且光栅的周期均为8微米，前光学表面的光栅夹角及后光学表面的光栅夹角为90°。
具体地，所述激光分束器为光学紫外塑料结构加光学玻璃衬底。
请参阅图2，为本发明实施例1提供的正交排布的激光分束结果图，在激光波长为633nm下，在200mm的远场产生的分束点阵，分束点阵为正交排布，能量分布均匀，无亮度差异明显的中央零级。
实施例2
请参阅图3，为本发明实施例2提供的一种激光分束器的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。
在本实施例中，所述激光分束器的前光学表面及后光学表面均由周期阵列排布的光栅组成，前光学表面的光栅及后光学表面的光栅为平滑连续型光栅，且光栅的周期均为8微米，前光学表面的光栅夹角及后光学表面的光栅夹角为90°。
具体地，所述激光分束器为光学玻璃或者石英。
在本实施例中，在激光波长为940nm下，在400mm的远场产生的分束点阵为正交排布，能量分布均匀，无亮度差异明显的中央零级。
实施例3
请参阅图4，为本发明实施例3提供的一种激光分束器的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。
在本实施例中，所述激光分束器的前光学表面及后光学表面均由周期阵列排布的光栅组成，前光学表面的光栅及后光学表面的光栅为非平滑连续型光栅，且前表面光栅周期为7微米，后表面光栅周期为7.5微米，前光学表面的光栅夹角及后光学表面的光栅夹角为70°。
具体地，所述激光分束器为光学塑料(PC)。
请参阅图5，为本发明实施例3提供的非正交排布的激光分束结果图，在激光波长为940nm下，在300mm的远场产生的分束点阵图，点阵分布为非正交的错位排布，能量分布均匀，无亮度差异明显的中央零级。
当然本发明的激光分束器还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (7)

1.一种激光分束器，其特征在于，所述激光分束器的前光学表面及后光学表面均由周期阵列排布的光栅组成，且前光学表面的光栅夹角及后光学表面的光栅夹角在0°至90°之间，所述激光分束器在激光入射下，在远场产生二维排布的分束点阵图案。
2.如权利要求1所述的激光分束器，其特征在于，所述前光学表面的光栅周期及后光学表面的光栅周期p均由公式psinθ＝±mλ确定，其中，λ为入射激光波长、θ为激光分束角度，m为分束级次。
3.如权利要求1所述的激光分束器，其特征在于，所述前光学表面的光栅产生的各分束级次与所述前光学表面的光栅方向垂直，所述后光学表面的光栅产生的各分束级次与所述后光学表面的光栅方向垂直。
4.如权利要求3所述的激光分束器，其特征在于，入射激光经所述前光学表面及所述后光学表面的光栅衍射后，产生的分束点阵排布角度与所述前光学表面及后光学表面的光栅的夹角相同。
5.如权利要求1所述的激光分束器，其特征在于，所述前光学表面及后光学表面的光栅为台阶型光栅或连续型光栅。
6.如权利要求1所述的激光分束器，其特征在于，所述激光分束器的材料为光学塑料或光学玻璃。
7.一种光学设备，其特征在于，包括所述激光分束器。
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