[发明专利]基于随机相位板消除激光散斑的多通光路设备及其方法

说明书

技术领域：

本发明属于激光探测和光学成像领域，涉及基于随机相位板多通光路设计结构对入射光束多倍频相位调制和消除激光散斑的设备。本发明还涉及这种设备的工作方法。

背景技术

激光由于其具有的高亮度、高相干性和高准直性等特点，在工业、军事、通信、医学、科学研究及社会生活等领域发挥了独特而至关重要的作用。当激光照射在粗糙表面或在折射率无规则涨落的媒质中传播时，粗糙表面上每一点都要散射光，这些具有高度相干性且振幅和位相不相同的光束，在空间各点形成无规则分布的颗粒状斑纹——激光散斑。

激光散斑作为一种随机过程，是伴随激光器使用而必然存在的客观物理现象。在光学成像系统中，激光散斑常被认为是附加在平滑光场上的噪声，不仅造成了能量损失，同时也成为限制图像质量，降低图像分辨率和对比度的主要因素，如目前在研究和应用的激光投影显示技术中（LCD，LCOS，DLP），激光散斑成为限制激光显示实现真正实用化的关键；在天文学领域，光学频率梳技术作为目前世界上定标精度最高的光源，为天文探测视向速度测量精度达到cm/s量级提供了技术支持和保证，但激光散斑存在不仅造成了光学频率梳的能量损耗，同时极大降低光梳信号的信噪比，限制了光梳信号的定标精度和视向速度测量精度的提高。因此保持激光独特性质的同时，减少散斑中的光损耗，最大限度的抑制散斑，不仅在光学成像系统中，同时在显微镜成像、光通信传播及激光显示系统中也是亟需解决的重点问题。

目前关于消除激光散斑的方法多种多样，总体而言可分为两类：其一是静态消散斑法。如降低激光器腔长或在光路中对入射光束分束后再合束，降低入射光束相干性。该方法操作复杂，光路连接稳定性低；其二是动态散斑法。对激光散斑进行动态处理，利用时间平均抑制散斑。如旋转或振动散射体（毛玻璃、液晶装置、相位板）、振动光纤、超声波法等。中国专利CN 102122081A公开的《激光光束匀光整形消散斑装置》采用将纯相位衍射器件在电磁振动装置驱动下完成匀光整形和消散斑功能；中国专利CN101950087A公开的《一种消除激光散斑效应的方法》将入射光束通过振动的可通光的液体对光束相位进行破坏而消除激光散斑效应；使用动态散斑法时，散斑变化频率越快，散斑间相关性越小，在时间平均后散斑抑制效果越好，目前散斑消除中，散斑频率控制范围有限，相位调节深度小使得散斑相关性较大，以上因素降低了散斑抑制效果，同时入射光束通过液晶装置和毛玻璃能量利用率较低，能量损失大，并且伴随着角度扩散现象，影响了系统的性能。

发明内容

为了克服上述已有技术存在的缺陷，本发明目的在于设计一种简便可行、能量损失少、适用于激光散斑消除的基于随机相位板的多通光路设备，以及这种基于随机相位板消除激光散斑的多通光路设备的工作方法，将激光散斑通过时间平均方式最大限度的进行抑制。

本发明要解决的技术问题是：通过多通光路结构设计装置，实现对入射光束进行多倍频相位调制，故而降低激光散斑间的相关性。该装置结构简单、能量损失少、相位调制深度随光束通过相位板次数多倍频增加。

解决技术问题的技术方案为：一种基于随机相位板消除激光散斑的多通光路设备，设有激光器光源，其特征在于，光路上还设有单模光纤、准直扩束系统、多通光路调制装置、半反半透镜片；该半反半透镜片后方的光路分为两路：其一为：聚焦透镜和CCD-A探测器；另一路为：显微物镜、多模光纤及CCD-B探测器；其中所述多通光路调制装置的结构是：第一平面反射镜、成对设置的高反射率平面镜A和高反射率平面镜B及第二平面反射镜；在所述成对设置的高反射率平面镜A和高反射率平面镜B之间，设有由旋转电机驱动的相位板（也称为随机相位板）；该旋转电机由电源及其转速控制装置控制。

以上发明的优化方案有：

所述CCD-A探测器与CCD-B探测器的型号为HV1351UC，像素为1024×1280。

所述相位板为纯相位调制相位板，石英材质。

所述相位板的转速通过电流控制，转动速度在0-50r/s之间。

所述多通光路结构中的高反射率平面镜A和高反射率平面镜B采用高反射率的镀银反射镜，能量损失在1%以内。

所述第一平面反射镜、高反射率平面镜A、高反射率平面镜B及第二平面反射镜，均设置在精密光学镜架上，通过调整两个高反射率平面镜之间夹角控制光束在高反射率平面镜之间的反射次数。

完成本申请第二个发明任务的方案是，上述基于随机相位板消除激光散斑的多通光路设备的工作方法，其特征在于，步骤如下：