[实用新型]激光分束器

说明书

本申请涉及相位基准条带一种激光分束器，其包括表面具有条带图案的衍射光学元件，所述条带图案由多个单周期图案循环排布组成，每个所述单周期图案包括交替排布的多个相位基准条带和多个相位调制条带；对于相同的入射光，所述相位调制条带的输出光相对于所述相位基准条带的输出光的相位延迟为(k+ρ)π，其中，k＝±1,±3,±5,......，ρ的取值区间为[0.12,0.25]和[‑0.25,‑0.12]。本申请可以提供具有高衍射效率、低非均匀度误差的1×N激光分束元件。

技术领域

本实用新型涉及衍射光学技术领域，具体地说，本实用新型涉及一种激光分束器。

背景技术

衍射光学元件的一个重要应用是激光分束。分束元件把一束激光变换成多束光束(我们称之为子光束)。这些子光束可以规则排列，也可以非规则排列。分束元件也被称为阵列发生器，它们在英语中有多种说法，如beam splitters,fan-out elements,spots arraygenerators,multiple beam gratings等。

激光分束元件可应用于许多领域，如激光材料加工，光通信，光学图像处理，微电子，显微镜等。具体例子包括多孔同时加工、高速激光毛化、光纤耦合等。激光钻孔的具体应用包括包装工业中易撕裂的纸箱和金属膜，香烟水松纸，方便面筛孔，液体和气体排放管道，汽车安全气囊中金属片的预先弱化。

分束是一个容易描述，但往往难于实现的问题，尤其是如果你要求衍射效率高而非均匀度误差小的情况下。可以实现分束的方法很多，如透镜阵列，矩形孔径光栅，达曼光栅，最近有人提出的圆形达曼光栅，非周期结构的二台阶、多台阶或连续结构的衍射光学元件等。

当激光分束元件的输入激光为任意图案时，激光分束元件可将输入的图案克隆成多个功率密度分布、偏振状态等相同的多个图案。比如输入激光为单线条时，1×7的激光分束元件可将输入的单线条激光变成7条线，1×9的激光分束元件可将单线条变成9条线，1×11的激光分束元件可将单线条变成11条线，1×13的激光分束元件可将单线条变成13条线。目前，激光束已广泛用于三维测量。然而，目前市场上的激光分束元件还存在衍射效率较低，非均匀性误差较大等问题，在实际应用时可能导致器件发热过大、器件体积过大、测量误差增加等各种问题。

具体来说，三维形状的几何重建是人工智能和人工视觉的重要组成部分。将一条窄带光投射到一个三维形状的表面上，从另一个角度接受产生的畸变的照明线，就可以重建物体的三维形状。而一种更快、更通用的方法是投影由多条条纹或任意条纹组成的图案，因为这样可以同时获得多个样本。从不同的角度来看，多条条纹或任意条纹组成的图案会因为物体的表面形状而出现几何畸变。虽然结构光投影有许多其他的变体，但平行条纹的模式被广泛使用。条纹的位移使得精确检索物体表面上任何细节的三维坐标成为可能。

高衍射效率和低非均匀度误差的多线条结构光对各个应用场景是非常重要的。如果非均匀度误差过大，即条纹之间亮暗差异很大，光接收器接受到的亮条纹信号可能过饱和，从而会增大光接收器感知的位置误差，更严重的是，光接收器可能接受不到的暗条纹的信号；如果衍射效率低，设备就需要使用更高功率的激光，这样会增大设备的成本、能耗和体积，对手持设备来说，还会缩短设备的待机时间。

因此，当前迫切需要具有高衍射效率且非均匀度误差小的激光分束解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种具有高衍射效率且非均匀度误差小的激光分束解决方案。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种激光分束器，其特征在于，包括表面具有条带图案的衍射光学元件，所述条带图案由多个单周期图案循环排布组成，每个所述单周期图案包括交替排布的多个相位基准条带和多个相位调制条带；所述相位调制条带的输出光相对于所述相位基准条带的输出光的相位延迟为(k+ρ)π，其中，k＝±1,±3,±5,......，ρ的取值区间为[0.12,0.25]和[-0.25,-0.12]。