[发明专利]一种多光束相位扰动装置及方法

说明书

本发明涉及一种多光束相位扰动方法及装置，其特征在于：绕线轴为圆柱形状卷线轴，绕线轴侧面与轴垂直方向上设有凹槽，多芯光纤顺着绕线轴环绕在凹槽内，压片为拱桥形，压片将多芯光纤固定到扰动器上；扰动器设置在两个绕线轴之间，扰动器为振动源带动用压片固定的多芯光纤规律性地左右抖动。其结构简单，可以同时对多波长，多束光进行优化；光能利用率高；不改变激光光源的线宽，不改变光纤输出发散角；灵活使用，制造成本及制造难度低，可实现批量生产。

技术领域

本发明涉及一种多光束相位扰动装置及方法，属于激光应用技术领域。

背景技术

眼睛是人类获取信息的主要感知器官，基于不同原理和技术的各类显示器是信息的主要呈现形式。激光作为显示光源，由于其良好的单色性、方向性、亮度大、波长谱线丰富等特点，具有其他光源不可比拟的优点。目前，受限制于激光二极管的光功率，大流明激光显示中一般采用光纤耦合的方法，将多个准直后的红、绿、蓝激光二极管经光纤束集成到一起，实现高功率照明。但是由于激光在光纤中传播过程会被分成若干束频率相同的激光，它们在空间某个区域内重叠，导致输出区域内能量分布并不均匀，存在大量的能量峰谷值，这导致显示图像中存在干扰噪声，严重影响成像质量，降低图像对比度和分辨率，也阻碍激光显示真正实用化。

围绕这个关键难题已有许多研究者进行大量研究，并提出多种方法来消除能量峰谷值。目前，普遍采用的匀化方法是在光纤输出端加入毛玻璃来匀化光束，该技术利用毛玻璃的喷砂表面增强激光散射，使能量峰谷值尺寸更小，分布密度提高，但并不能消除能量峰谷值，而且毛玻璃会对入射激光能量造成较大的损耗，降低光源利用率，并且经过毛玻璃后激光的发散角变大，降低了能量集中度。

中国专利CN103955063A公开的«光束均匀化方法及光束均匀化装置»是在入射光束的传播路径上设置大量的分光膜，对入射光束进行重新分配，从而转换为均匀分布的出射光束，此方法光路极其复杂，精确的角度要求，造成调节及加工非常困难，而且多个分光面，导致系统存在很大的不稳定性。

中国专利CN107153277A公开的«一种基于波长多样性的激光消散斑装置»是将入射光先通过散射片发散，然后耦合进方形匀光管中，在方形匀光管内设有增益介质和微/纳米散射体，使入射光在方形匀光管内壁之间反射的方法，实现匀场整形，此方法通过增益介质拓宽了激光线宽，这种情况引起的波长线宽为几个纳米，不足以根除激光束的峰谷值，改变入射光源的光谱纯度，对于某些要求谱线宽度的应用（如激光诱导荧光）有所限制，并且目前技术实现难度较大，成本也会非常高。

能够同时实现多光束高功率照明，并尽量降低或消除能量峰谷值，一直是激光投影显示及生物检测等领域的技术难题，也是限制其实用化的瓶颈之一。如能够将二者一体化、做到结构紧凑，将具有更重要的意义和实用价值。

发明内容

针对现有光纤输出激光能量存在大量峰谷值的问题，本发明的目的在于提供一种多光束相位扰动装置及方法，是可以同时对多波长，多束光消除能量峰谷值，满足激光作为光源的高质量要求；其将多路激光耦合到多芯光纤中，可使多路激光同时光纤输出，并且每路激光的效率优于95%；让多芯光纤至少有一段产生弯曲状态，实现对多芯光纤内全反射光的动态调制，使光纤内的激光模式达到相对均匀的分配，同时由扰先动器带动多芯光纤左右或上下抖动，使多支光束相位随之变化，从而消除输出光场中的能量峰谷值。

为实现以上目的本发明通过以下技术方案：一种多光束相位扰动方法，其特征在于步骤如下：

（1）将多束激光分别耦合进多芯光纤的每一个芯径中传输，多芯光纤每路芯径可以是相同的纤芯直径，也可以不同的纤芯直径；

（2）将多芯光纤顺着绕线轴环绕，至少使多芯光纤产生一段弯曲弧度，弧长L＞300πD，D

为多芯光纤中最大纤芯直径，使多芯光纤内的激光模式达到相对均匀的分配；