CN208239742U - 基于混沌激光的散斑抑制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于混沌激光的散斑抑制装置，涉及激光显示用光源领域。其主要包括激光器，所述激光器发出激光一侧依次设置有会聚透镜、光阑、准直透镜和透返镜，会聚透镜与激光器之间的距离以及会聚透镜与光阑之间的距离均为会聚透镜的焦距；光阑与准直透镜之间的距离为准直透镜的焦距，所有器件均保持同轴放置。激光器发出的激光经会聚透镜会聚后，会聚光的焦点通过光阑的通光孔，之后通过准直透镜准直，并入射到透返镜上，透返镜反射光原路返回到激光器使激光器产生混沌，出射光作为该系统的低相干光源直接输出。该装置使达到多路径反馈的作用，而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。

Description

基于混沌激光的散斑抑制装置

技术领域

本实用新型涉及激光显示用光源领域，具体为一种基于混沌激光的散斑抑制装置。

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。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。（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。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，有必要实用新型一种同时降低激光时间相干性和空间相干性的用于激光显示的光源。

发明内容

本实用新型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的问题，提供了一种基于混沌激光的散斑抑制装置。

本实用新型是通过如下技术方案来实现的：一种基于混沌激光的散斑抑制装置，包括激光器，所述激光器发出激光一侧依次设置有会聚透镜、光阑、准直透镜和透返镜，所述会聚透镜与激光器之间的距离以及会聚透镜与光阑之间的距离均为会聚透镜的焦距；所述光阑与准直透镜之间的距离为准直透镜的焦距，所有器件均保持同轴放置。

本实用新型是在激光器发出激光后光经过一系列处理后抑制散斑的装置，激光器发出的激光经会聚透镜会聚后，会聚光的焦点通过光阑的通光孔，之后通过准直透镜准直，并入射到透返镜上，透返镜反射光原路返回到激光器使激光器产生混沌，出射光作为该系统的低相干光源直接输出。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；透返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，透返镜的反射率为5%-50%。

优选的，准直透镜和透返镜之间的距离为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。

与现有技术相比本实用新型具有以下有益效果：激光器受到外界扰动可使产生的激光进入混沌状态。透返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（Optics Letters,38(19), 3858-3861,2013），使反馈达到多路径反馈的作用。因此路径的增加可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。值得一提的是，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。多路径扰动增加混沌激光的复杂性证明：Optics Express, 17(22):20124-20133, 2009. IEEE Journal of Quantum Electronics, 50(4): 236-242, 2014.从文章中可看出，对激光器扰动的增加，可使激光器产生的激光更易进入混沌状态，且产生的混沌激光状态更好（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为本实用新型的结构示意图。

图中标记如下：

1--激光器，2-会聚透镜，3-光阑，4-准直透镜，5-透返镜；

101-摄像机，102-聚焦透镜Ⅰ，103-测试靶，104-准直透镜Ⅰ，105-前置反射镜，106-扩束镜，107-针孔，108聚焦透镜Ⅱ，111-增益区，109-后置反射镜，110-退相干激光器。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

一种基于混沌激光的散斑抑制装置，如图2所示，包括激光器1，所述激光器1发出激光一侧依次设置有会聚透镜2、光阑3、准直透镜4和透返镜5，所述会聚透镜2与激光器1之间的距离以及会聚透镜2与光阑3之间的距离均为会聚透镜2的焦距；所述光阑3与准直透镜4之间的距离为准直透镜4的焦距，所有器件均保持同轴放置。

优选方案为：所述会聚透镜2为高曲率均匀会聚透镜，焦距为0.3-10mm；光阑3的通光口径为0.1-5mm；准直透镜4的焦距为0.3-3mm；透返镜5的反射率为5%-50%；准直透镜4和透返镜5之间的距离为0-20mm，必要时，准直透镜4和透返镜5之间可紧贴固定。

实施例1

本实施例中，激光器1为激光显示用半导体激光器；会聚透镜2为高曲率均匀会聚透镜，焦距为5mm；光阑3的通光口径为2mm；准直透镜4的焦距为1.5mm；透返镜5的反射率为20%，将准直透镜4和透返镜5紧贴固定；会聚透镜2与激光器1之间的距离以及光阑3和会聚透镜2之间的距离均为5mm；光阑3和准直透镜4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：激光器1发出的激光经会聚透镜2会聚后，会聚光的焦点通过光阑3的通光孔，之后通过准直透镜4准直，并入射到透返镜5上，透返镜5反射光原路返回到激光器1使激光器1产生混沌，出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，激光器1为激光显示用半导体激光器；会聚透镜2为高曲率均匀会聚透镜，焦距为7mm；光阑3的通光口径为1.5mm；准直透镜4的焦距为0.8mm；透返镜5的反射率为35%，将准直透镜4和透返镜5距离设置为10mm；会聚透镜2与激光器1之间的距离以及光阑3和会聚透镜2之间的距离均为7mm；光阑3和准直透镜4之间的距离为0.8mm；各个光学原件均保持同轴放置。

本实施例具体操作为：激光器1发出的激光经会聚透镜2会聚后，会聚光的焦点通过光阑3的通光孔，之后通过准直透镜4准直，并入射到透返镜5上，透返镜5反射光原路返回到激光器1使激光器1产生混沌，出射光作为该系统的低相干光源直接输出。

本实用新型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，本实用新型可以有多种变形和更改，凡在本实用新型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实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于混沌激光的散斑抑制装置，其特征在于：包括激光器（1），所述激光器（1）发出激光一侧依次设置有会聚透镜（2）、光阑（3）、准直透镜（4）和透返镜（5），所述会聚透镜（2）与激光器（1）之间的距离以及会聚透镜（2）与光阑（3）之间的距离均为会聚透镜（2）的焦距；所述光阑（3）与准直透镜（4）之间的距离为准直透镜（4）的焦距，所有器件均保持同轴放置。

2.根据权利要求1所述的基于混沌激光的散斑抑制装置，其特征在于：所述会聚透镜（2）为高曲率均匀会聚透镜，焦距为0.3-10mm。

3.根据权利要求1所述的基于混沌激光的散斑抑制装置，其特征在于：所述光阑（3）的通光口径为0.1-5mm。

4.根据权利要求1所述的基于混沌激光的散斑抑制装置，其特征在于：所述准直透镜（4）的焦距为0.3-3mm。

5.根据权利要求1所述的基于混沌激光的散斑抑制装置，其特征在于：所述透返镜（5）的反射率为5%-50%。

6.根据权利要求1所述的基于混沌激光的散斑抑制装置，其特征在于：所述准直透镜（4）和透返镜（5）之间的距离为0-20mm。

7.根据权利要求6所述的基于混沌激光的散斑抑制装置，其特征在于：所述准直透镜（4）和透返镜（5）之间紧贴固定。

8.根据权利要求1-7中任一所述的基于混沌激光的散斑抑制装置，其特征在于：所述光阑（3）采用匀质光通管或多模光纤代替。