專利名稱：減少激光散斑效應(yīng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及一種消除激光散斑的光學(xué)結(jié)構(gòu)及其光學(xué)結(jié) 構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
激光由于具有單色性好、方向性好、亮度高且為線狀譜等優(yōu)點(diǎn)，非常適合 于激光顯示。激光顯示技術(shù)與其它顯示技術(shù)相比，具有可實(shí)現(xiàn)大色域色度顯示、 色飽和度高、色彩分辨率高、顯示畫面尺寸靈活可變、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但是 當(dāng)激光照射到粗糙物體的表面時會形成激光散斑，它的存在嚴(yán)重影響了激光顯 示的成像質(zhì)量，使圖像的對比度和分辨率下降，并已經(jīng)成為制約和阻礙激光顯 示快速發(fā)展以及市場化的主要原因之一。
人們已提出多種抑制或消除激光散斑的方法。美國專利說明書US7 379651 B2 采用圖1 (a)結(jié)構(gòu)來消除激光散斑。該專利將一束相干激光101通過通光孔102 導(dǎo)入波導(dǎo)管106,波導(dǎo)管的前端為入射光的高反鏡103,而只留一個通光孔102 讓激光通過，且用一發(fā)散透鏡104使入射激光發(fā)散，波導(dǎo)管的后端為部分透射 鏡107。這樣發(fā)散光將在光導(dǎo)管內(nèi)來回反射，形成相位、偏振態(tài)不同或光程差比 激光相干長度長的光束，降低激光的相干性，從而減弱散斑效應(yīng)。該專利中波 導(dǎo)管的長度為幾毫米或幾十毫米，因而來回反射的光的總光程最多只有數(shù)百毫 米，這僅相當(dāng)于一般LD的相干長度。當(dāng)應(yīng)用于LD泵浦的固體激光器時，由于
其相干長度一般為幾米至數(shù)百米，這種結(jié)構(gòu)將不在適用。
美國專利說明書US2005/0128473 Al采用圖1 (b)結(jié)構(gòu)來消除散斑。該專利 采用由多根長度不均的光纖組成的光纖束來傳播相干光源，光纖線108間的長度差值各不相同，出射光由于傳輸?shù)墓獬滩煌掖笥谙喔砷L度，因而降低了相 干性，減弱了散斑效應(yīng)。該專利中光纖的制作較為復(fù)雜，實(shí)際可操作性低。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出 一種新型光學(xué)結(jié)構(gòu)來消除激光散斑， 并公開該光學(xué)結(jié)構(gòu)的制造方法。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明的減少激光散斑效應(yīng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)，采用多模光纖傳輸激光，在所述 的多模光纖的前端面設(shè)置反射面，而反射面對應(yīng)于多模光纖的纖芯處留有通光 小孔讓激光通過，在所述的多模光纖的出射面鍍對激光的較高反射率的部分反 射膜，所述的多模光纖形成波導(dǎo)腔并產(chǎn)生多序列的激光輸出。
進(jìn)一步的，反射面是于所述的多模光纖的前端面鍍對激光的高反膜或者于 所述的多模光纖的前端面加一反射腔鏡。
進(jìn)一步的，所述的多模光纖可以是長度大于激光相干長度一半的光纖，也 可以為長度小于激光相干長度的波導(dǎo)腔多模光纖。
進(jìn)一步的，激光直接泵浦進(jìn)入或通過透鏡耦合進(jìn)入或通過光纖耦合進(jìn)入所 述的多模光纖。
更進(jìn)一步的，若是采用光纖耦合，是將所述的多模光纖與一單模光纖或小 直徑多模光纖通過光纖頭膠合、光膠或深化光膠結(jié)合在一起，亦可通過機(jī)械接 觸方式連接在一起。
本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)的制作可采用如下幾種方法
第一種在單模光纖或纖芯較細(xì)的多模光纖上加UV膠，從光纖另一端輸入 UV光，待有UV膠一端僅纖芯處UV膠固化，除去其余部分的膠，進(jìn)行鍍膜，鍍 好膜后再除去纖芯處及膜層UV膠，即可形成僅纖芯處有通光小孔的高反膜。將這纖芯通孔的高反膜光纖頭再與帶光纖頭的多模光纖膠合、光膠或深化光膠為 一體。
第二種先在帶光纖頭的多模光纖端面鍍膜，再采用光刻方法去除反射膜， 在高反膜上制作小孔。
第三種在多模光纖頭的多模纖芯區(qū)域粘上微型小球或顆粒并鍍膜，鍍膜 后除去微型顆粒；或在單模光纖或纖芯較細(xì)的多模光纖端面粘結(jié)微型顆粒，鍍 膜后再除去纟敖型顆粒。
第四種在符合輸入孔形狀要求的毛細(xì)管端面鍍高反膜，形成自然帶孔反 射膜，再將這毛細(xì)管端面與多模光纖頭端面膠合、光膠或深化光膠為一體，再 將帶孔毛細(xì)管磨薄、拋光，形成帶孔光纖頭輸入端。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，提出一種新型光學(xué)結(jié)構(gòu)來消除激光散斑，并公 開該光學(xué)結(jié)構(gòu)的制造方法。本發(fā)明制作方法簡單，同時波導(dǎo)腔可根據(jù)激光相干 長度調(diào)節(jié)，從幾厘米至百米或千米，而且體積小，成本低，腔內(nèi)損失小，從而 可廣泛應(yīng)用于激光顯示中。對要求不高的系統(tǒng)亦可采用光纖長度小于相干長度 的多模光纖波導(dǎo)腔。


圖l(a)是美國專利US7379651B2的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖l(b)是美國專利US2005/0128473A1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明的制作步驟示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合

和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)一步說明。本發(fā)明采用多模光纖來傳輸激光，在光纖的入射端面鍍激光的高反膜或加 一腔鏡，而只留一通光小孔讓激光通過，在光纖的出射面鍍激光的部分反射膜， 且光纖的長度超過激光的相干長度。進(jìn)入多模光纖的激光將在光纖內(nèi)部往復(fù)反 射，只有少量激光從通光孔損失，從而在光纖中形成一系列彼此不相干的光束， 降低了出射激光的相干性，從而達(dá)到消除散斑的目的。
其中Z。為相干長度，A是譜線的中心波長，」A是半強(qiáng)度寬度。常見激光的相
干長度如下表所示
N (縱模個數(shù))Zl A (nm)Z。(m)
532nm11 x 10"2. 83
532mn2lxl0-41. 42
632nm (LD)120. 0002
由表可見，當(dāng)使用常見激光作為激光顯示光源，并采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)消除 散斑效應(yīng)時，所用多模光纖的長度z較短，因而可以制作成結(jié)構(gòu)緊湊的器件。
如圖2所示為本發(fā)明的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖，其中201為激光束，202為 多模光纖頭，膜Sl為對激光201高反的膜，通光小孔S2為激光201的通光孔， 且鍍上對激光201增透的膜，膜S3為對激光201部分透過的膜，203為多模光 纖。若多模光纖203的芯徑為D,激光201的通光孔直徑為d,則反射一次回來 光損失的比例為(^)2,如d=3|jm，而D-lOOjam，則反射回前端面而再次^^
射光的損失約為0. 1 % ,若膜S3的反射率為98%,則入射光可被反射近50次， 從而獲得近50束的光束，且光損失僅為5%。激光201的相干長度為Ll,多模 光纖203的長度為L，若2L>L1,則此多模光纖可形成一系列彼此不相千的光束， 使用該多模光纖來傳輸激光可有效消除散斑效應(yīng)。
圖3所示為本發(fā)明的實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖，其中301為激光束，302為多 模光纖頭，膜Sl為對激光301高反的膜，通光小孔S2為激光301的通光孔，且鍍上對激光301增透的膜，膜S3為對激光301部分透過的膜，303為多模光 纖，304為單模光纖或直徑較小的多模光纖，其端面除纖芯外鍍高反膜，再將此 端面與多模光纖頭膠合、光膠或深化光膠在一起。采用這種結(jié)構(gòu)可使激光更容 易被耦合到多模光纖中。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的制作可采用如下幾種方法
第一種在單模光纖或纖芯較細(xì)的多模光纖上加UV膠，從光纖另一端輸入 UV光，則有UV膠一端僅纖芯處UV膠固化，除去其余部分的膠，進(jìn)行鍍膜，鍍 好膜后再除去纖芯處及膜層UV膠，即可形成僅纖芯處有通光小孔的高反膜。將 這纖芯通孔的高反膜光纖頭再與帶光纖頭的多模光纖膠合、光膠或深化光膠為 一體。
第二種先在帶光纖頭的多模光纖端面鍍膜，再采用光刻方法去除反射膜， 在高反膜上制作小孔。
第三種在多模光纖頭的多模纖芯區(qū)域粘上微型小球或顆粒并鍍膜，鍍膜 后除去微型顆粒；或在單模光纖或纖芯較細(xì)的多模光纖端面粘結(jié)微型顆粒，鍍 膜后再除去微型顆粒。
第四種在符合輸入孔形狀要求的毛細(xì)管端面鍍高反膜，形成自然帶孔反 射膜，再將這毛細(xì)管端面與多模光纖頭端面膠合、光膠或深化光膠為一體，再 將帶孔毛細(xì)管磨薄、拋光，形成帶孔光纖頭輸入端。方法如圖4所示，其中401 為毛細(xì)管，402為膜層，403為光纖頭，404為多模光纖，405為磨薄的毛細(xì)管。
本發(fā)明采用多模光纖制作波導(dǎo)反射腔形成一 系列超過激光相干長度的多光 束，其制作方法簡單，同時波導(dǎo)腔可根據(jù)激光相干長度調(diào)節(jié)，從幾厘米至百米 或千米，而且體積小，成本低，腔內(nèi)損失小，從而可廣泛應(yīng)用于激光顯示中。 對要求不高的系統(tǒng)亦可采用光纖長度小于相干長度的多模光纖波導(dǎo)腔。盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員 應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式 上和細(xì)節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種減少激光散斑效應(yīng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征在于采用多模光纖傳輸激光，在所述的多模光纖的前端面設(shè)置反射面，而反射面對應(yīng)于多模光纖的纖芯處留有通光小孔讓激光通過，在所述的多模光纖的出射面鍍對激光的較高反射率的部分反射膜，所述的多模光纖形成波導(dǎo)腔并產(chǎn)生多序列的激光輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征在于反射面是于所述的多模光纖 的前端面鍍對激光的高反膜或者于所述的多模光纖的前端面加一反射腔鏡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的多模光纖可以是長度 大于激光相干長度一半的光纖，也可以為長度小于激光相干長度的波導(dǎo)腔多 模光纖。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征在于激光直接泵浦進(jìn)入或通過透 鏡耦合進(jìn)入或通過光纖耦合進(jìn)入所述的多模光纖。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的光纖耦合是將所述的 多模光纖與 一單才莫光纖或小直徑多模光纖通過光纖頭膠合、光膠或深化光膠結(jié)合在一起，亦可通過機(jī)械接觸方式連接在一起。
6. 制造如權(quán)利要求l所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于在單模光纖或纖芯 較細(xì)的多模光纖上加UV膠，從光纖另一端輸入UV光，待有UV膠一端的纖 芯處UV膠固化，除去其余部分的膠，進(jìn)行鍍膜，鍍好膜后再除去纖芯處及 膜層UV膠，即可形成僅纖芯處有通光小孔的高反膜；將這纖芯通孔的高反 膜光纖頭再與帶光纖頭的多模光纖膠合、光膠或深化光膠為一體。
7. 制造如權(quán)利要求l所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于先在帶光纖頭的多 模光纖端面鍍膜，再采用光刻方法去除反射膜，在高反膜上制作通光小孔。
8. 制造如權(quán)利要求l所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于在多模光纖頭的多模纖芯區(qū)域粘上微型小球或顆粒并鍍膜，鍍膜后除去微型顆粒；或在單模光 纖或纖芯較細(xì)的多模光纖端面粘結(jié)微型顆粒，鍍膜后再除去微型顆粒。
9.制造如權(quán)利要求1所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于在符合輸入孔形狀 要求的毛細(xì)管端面鍍高反膜，形成自然帶孔反射膜，再將這毛細(xì)管端面與多 模光纖頭端面膠合、光膠或深化光膠為一體，再將帶孔毛細(xì)管磨薄、拋光， 形成帶孔光纖頭輸入端。
全文摘要
本發(fā)明的減少激光散斑效應(yīng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)及制造方法是涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及一種消除激光散斑的光學(xué)結(jié)構(gòu)及其光學(xué)結(jié)構(gòu)的制造方法。本發(fā)明采用多模光纖來傳輸激光，在光纖的入射端面鍍激光的高反膜或加一腔鏡，而只留一通光小孔讓激光通過，在光纖的出射面鍍激光的高發(fā)射率部分反射膜，且光纖的長度大于激光相干長度一半。進(jìn)入多模光纖的激光將在光纖內(nèi)部往復(fù)反射，只有少量激光從通光孔損失，從而在光纖中形成一系列彼此不相干的光束，降低了出射激光的相干性，從而達(dá)到消除散斑的目的。本發(fā)明制作方法簡單，同時波導(dǎo)腔可根據(jù)激光相干長度調(diào)節(jié)，從幾厘米至百米或千米，而且體積小，成本低，腔內(nèi)損失小，從而可廣泛應(yīng)用于激光顯示中。
文檔編號G02B6/02GK101539666SQ20091011097
公開日2009年9月23日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者凌吉武, 礪 吳, 胡企銓, 陳燕平, 馬英俊 申請人:福州高意通訊有限公司