一種基于低時(shí)間相干和低空間相干的零散斑激光器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低于低時(shí)間相干和低空間相干的零散斑激光器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光由于其具有的高亮度、高相干性和高準(zhǔn)直性等特點(diǎn)，在工業(yè)、通信、醫(yī)療、激光檢測(cè)與測(cè)量、儀器儀表等方面具有廣泛的應(yīng)用。激光具有高度相干性且振幅和位相不相同的光束，在空間各點(diǎn)形成無規(guī)則分布的顆粒狀斑紋------激光散斑。激光散斑作為一種隨機(jī)過程，是伴隨激光器使用而必然存在的客觀物理現(xiàn)象。激光散斑不僅造成了能量損失，同時(shí)也成為限制圖像質(zhì)量，降低圖像分辨率和對(duì)比度的主要因素，如目前在研究和應(yīng)用的激光投影顯示和激光照明領(lǐng)域，激光散斑成為限制激光顯示實(shí)現(xiàn)真正實(shí)用化的關(guān)鍵。
[0003]目前關(guān)于消除激光散斑的方法多種多樣，總體而言可分為兩類:其一是靜態(tài)消散斑法;如降低激光器腔長(zhǎng)或在光路中對(duì)入射光束分束后再合束，降低入射光束的相干性，但該方法操作復(fù)雜，光路連接穩(wěn)定性低。CN102122081A公開的《激光光束勻光整形和消散斑裝置》采用將純相位衍射器件在電磁振動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)下完成勻光整形和消散斑功能；CN101950087A公開的《一種消除激光散斑效應(yīng)的方法》將入射光束通過振動(dòng)的可通光的液體對(duì)光束相位進(jìn)行破壞而消除激光散斑效應(yīng)。
[0004]其二是動(dòng)態(tài)散斑法。對(duì)激光散斑進(jìn)行動(dòng)態(tài)處理，利用時(shí)間平均抑制散斑，如旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)散射體(毛玻璃、液晶裝置、相位板)、超聲波法等。使用動(dòng)態(tài)散斑法時(shí)，散斑變化頻率越快，散斑間相關(guān)性越小，在時(shí)間平均后散斑抑制效果越好，但是目前采取動(dòng)態(tài)散斑法的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好。目前散斑消除中，散斑頻率控制范圍有限，相位調(diào)節(jié)深度小使得散斑相關(guān)性較大，以上因素降低了散斑抑制效果，同時(shí)入射光束通過液晶裝置和毛玻璃能量利用率較低，能量損失大，并且伴隨著角度擴(kuò)張現(xiàn)象，影響了系統(tǒng)的性能。
[0005]綜上所述，無論是靜態(tài)消斑法還是動(dòng)態(tài)消斑法，都是從激光器(或者激光)本身出發(fā)來降低激光散斑對(duì)系統(tǒng)的性能的影響，過程中這兩種方法僅僅是降低激光散斑對(duì)系統(tǒng)的性能的影響，卻不能從更進(jìn)一步的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)和測(cè)量系統(tǒng)方便的消減(或者補(bǔ)償)從而得到一種低散斑影響、高信噪比的圖像數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提出了一種基于低時(shí)間相干和低空間相干的零散斑激光器及其制備方法，通過一種降低時(shí)間相干性和空間相干性的技術(shù)得到了一種零散斑激光輸出的光束。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種基于低時(shí)間相干和低空間相干的零散斑激光器，包括在同一光學(xué)平臺(tái)上同軸依次設(shè)置的用于降低激光光束時(shí)間相干性的射頻調(diào)制器、激光器、用于降低激光光束空間相干性的衍射光學(xué)元件和聚焦透鏡;所述衍射光學(xué)元件位于所述激光器出射的方向上，所述射頻調(diào)制器對(duì)所述激光器進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)過所述射頻調(diào)制器調(diào)制的激光入射進(jìn)所述衍射光學(xué)元件;經(jīng)由所述衍射光學(xué)元件出射的激光光束為基于低時(shí)間相干性和低空間相干性的零相干散斑激光光束，所述激光光束入射進(jìn)所述聚焦透鏡，經(jīng)所述聚焦透鏡出射的激光形成聚焦性的零散斑激光。
[0008]優(yōu)選地，在所述射頻調(diào)制器的調(diào)制作用下，所述激光器本身出射的激光時(shí)間相干長(zhǎng)度變短，形成低時(shí)間屬性的激光。
[0009]優(yōu)選地，所述低時(shí)間相干屬性的激光經(jīng)過衍射光學(xué)元件，將激光的波陣面進(jìn)行重新構(gòu)建，重新構(gòu)建的激光的波陣面的單個(gè)部分的相位部分產(chǎn)生了偏移。
[0010]優(yōu)選地，所述相位偏移量和低時(shí)間相干屬性的激光的相干長(zhǎng)度進(jìn)行了匹配，達(dá)成的匹配關(guān)系為恰恰相對(duì)于向鄰近的低時(shí)間相干屬性的激光部分或者低時(shí)間相干屬性的激光自身，能夠形成低時(shí)間相干的條件的位置關(guān)系，從而達(dá)到了一種基于低時(shí)間相干性和低空間相干性的零相干散班的激光輸出。
[0011 ]優(yōu)選地，所述基于低時(shí)間相干性和低空間相干性的零相干散斑的激光出射經(jīng)過聚焦透鏡部分，激光器的出射波陣面再次進(jìn)行了重構(gòu)，在出射波陣面重構(gòu)作用下使得該種基于低時(shí)間相干性和低空間相干性的零相干散斑的激光出射達(dá)到聚焦的目的，得到聚焦性的基于低時(shí)間相干性和低空間相干性的零相干散斑的激光。
[0012]優(yōu)選地，所述衍射光學(xué)元件的材料可為熔融石英、光學(xué)玻璃或光學(xué)樹脂材料。
[0013]優(yōu)選地，所述衍射光學(xué)元件由模壓或刻蝕工藝制成。
[0014]—種基于低時(shí)間相干和低空間相干的零散斑激光器的制備方法，包括以下步驟:
[0015]S1:將射頻調(diào)制器、激光器、衍射光學(xué)元件、聚焦透鏡選好并依次在光學(xué)平臺(tái)上同軸設(shè)置；
[0016]S2:打開所述射頻調(diào)制器和所述激光器，所述射頻調(diào)制器對(duì)所述激光器進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)所述射頻調(diào)制器調(diào)制后出射的激光時(shí)間相干長(zhǎng)度變短，形成低時(shí)間相干屬性的激光；
[0017]S3:上述S2步驟產(chǎn)生的低時(shí)間相干屬性的激光經(jīng)所述衍射光學(xué)元件后，激光的波陣面發(fā)生進(jìn)行重新構(gòu)建，重新構(gòu)建的激光波陣面的單個(gè)部分的相位部分產(chǎn)生了偏移；
[0018]S4:上述S2和S3步驟中的所述低相干屬性的激光相干長(zhǎng)度和所述相位偏移量進(jìn)行了匹配，達(dá)成的匹配關(guān)系為恰恰相對(duì)于向鄰近的低時(shí)間相干屬性的激光部分或者低時(shí)間相干屬性的激光自身，能夠形成低時(shí)間相干的條件的位置關(guān)系，從而達(dá)到了一種基于低時(shí)間相干性和低空間相干性的零相干散班的激光輸出；
[0019]S5:上述S4步驟中的該種基于低時(shí)間相干性和低空間相干性的零相干散斑的激光出射經(jīng)過聚焦透鏡部分，激光器的出射波陣面再次進(jìn)行了重構(gòu)，在出射波陣面重構(gòu)作用下使得該種基于低時(shí)間相干性和低空間相干性的零相干散斑的激光出射達(dá)到聚焦的目的，匹配后續(xù)的實(shí)際應(yīng)用，最終形成聚焦性的基于低時(shí)間相干性和低空間相干性的零相干散斑的激光。
[0020]本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在:本發(fā)明提出了一種基于低時(shí)間相干性和低空間相干性的零散斑激光器及其制備方法，通過一種降低時(shí)間相干性和空間相干性的技術(shù)得到了一種零散斑激光輸出的光束，相對(duì)于目前的技術(shù)方案，解決了因時(shí)間相干性和空間相干性而產(chǎn)生的散斑的問題，從而得到了零散斑激光輸出的激光器。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的一種基于低時(shí)間相干和低空間相干的零散斑激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的一種基于低時(shí)間相干和低空間相干的零散斑激光器的有激光散斑和零散斑的對(duì)比示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說明進(jìn)行圖示和解釋。這些實(shí)施例僅是應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
[0024]如圖1所示。一種基于低時(shí)間相干和低空間相干的零散斑激光器，包括在同一光學(xué)平臺(tái)上同軸依次設(shè)置的用于降低激光光束時(shí)間相干性的射頻調(diào)制器1、激光器2、用于降低激光光束空間相干性的衍射光學(xué)元件3和聚焦透鏡4。在本實(shí)施例中，所述激光器2優(yōu)選為一半導(dǎo)體激光器，選用半導(dǎo)體激光器的優(yōu)點(diǎn)為:半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)范圍寬，制作簡(jiǎn)單、成本低、激光利用效率高易于大量生產(chǎn)，并且體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)、性價(jià)比高和用電省。
[0025]所述衍射光學(xué)元件3位于所述激光器2出射的方向上，所述衍射光學(xué)元件3的材料可為熔融石英、光學(xué)玻璃或光學(xué)樹脂材料，在本實(shí)施例中，所述衍射光學(xué)元件3的材料優(yōu)選為光學(xué)樹脂材料。之所以選用光學(xué)樹脂材料是因?yàn)楣鈱W(xué)樹脂具有以下優(yōu)點(diǎn):光學(xué)樹脂不僅透明透光性好，在可見光區(qū)，光學(xué)樹脂的透光率和玻璃相似，在紅外光區(qū)，光學(xué)樹脂的透光率比玻璃稍高，在紫外區(qū)，以0.4微米開始隨波長(zhǎng)的減小透光率降低，波長(zhǎng)小于0.3微米的光幾乎全部吸收;抗沖擊能力強(qiáng)，光學(xué)樹脂的沖擊力是玻璃的好幾倍，不易破碎，安全耐用。當(dāng)然在工作過程中，也可選用光學(xué)玻璃，當(dāng)在選用光學(xué)玻璃時(shí)，優(yōu)選為德國(guó)SCHOTT肖特公司生產(chǎn)的BK7玻璃，相當(dāng)于國(guó)內(nèi)的K9玻璃，BK7玻璃的具體參數(shù)如下:折射率1.51680，耐酸性I，K氏硬度610。
[0026]所述衍射光學(xué)元件3由模壓或刻蝕工藝制成，所述衍射光學(xué)元件3適用于對(duì)Nd:YAG、C02、飛秒激光器、半導(dǎo)體激光器等各種激光器進(jìn)行光束整形，所述衍射光學(xué)元件3的主要應(yīng)用包括激光光束整形(如激光加工、醫(yī)療、成像系統(tǒng)、傳感器，圓形或方形平頂光束整形，矩陣、柵格、線形、圓形圖案整形)和用作天文學(xué)中的相位器件。
[0027]當(dāng)所述射頻調(diào)制器I和所述激光器2進(jìn)行工作時(shí)，所述射頻調(diào)制器I對(duì)所述激光器2進(jìn)行調(diào)制，在所述射頻調(diào)制器I的調(diào)制作用下，所述激光器2本身出射的激光時(shí)間相干長(zhǎng)度變短，即激光時(shí)間相干長(zhǎng)度變短，激光相干時(shí)間變短形成低時(shí)間屬性的激光001。
[0028]經(jīng)過所述射頻調(diào)制器I調(diào)制的激光001入射進(jìn)所述衍射光學(xué)元件3;經(jīng)由所述衍射光學(xué)元件3出射的激光光束為基于低時(shí)間相干性和低空間相干性的零相干散斑激光光束002，所述低時(shí)間相干屬性的激光經(jīng)過衍射光學(xué)元件3，將激光的波陣面進(jìn)行重新構(gòu)建，重新構(gòu)建的激光波陣面的單個(gè)部分的相位部分產(chǎn)生了偏移。
[0029]所述衍射光學(xué)元件3的功能為將激光的波陣面進(jìn)行重新構(gòu)建，進(jìn)一步構(gòu)建的激光的波陣面的單個(gè)部分的相位部分產(chǎn)生偏移，相位偏移量和低時(shí)間相干屬性的激光的相干長(zhǎng)度進(jìn)行了匹配，達(dá)成的匹配關(guān)系為恰恰相對(duì)于向鄰近的低時(shí)間相干屬性的激光部分或者低時(shí)間相干屬性的激光自身，能夠形成低時(shí)間相干的條件的位置關(guān)系。
[0030]經(jīng)由所述衍射光學(xué)元件3降低的空間相干性的激光光束入射進(jìn)所述聚焦透鏡4，經(jīng)所述聚焦透鏡4出射的激光形成聚焦性的零散斑激光003;所述相位偏移量和低時(shí)間相干屬性的激光的相干長(zhǎng)度進(jìn)行了