[發明專利]一種基于液晶幾何相位調制的激光陣列光源

有效

• 申請號: 202010562655.3
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111668693B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 付時堯;高春清
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01S5/00
• 分類號: H01S5/00;G02B5/18;G02B5/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于液晶幾何相位調制的激光陣列光源。其基于液晶分子的幾何相位調制原理，通過操縱液晶分子的主軸排布方向設計了幾何相位陣列光柵。該光柵對入射光束的偏振態不敏感，可為任意偏振態的基模高斯光束引入0?π二值化幾何相位調制，進而將其轉化為高維激光光束陣列。本發明的激光陣列光源采用金屬套筒整體固定幾何相位陣列光柵等光學元件，整體結構緊湊，且具有良好的穩定性。本發明結構可靠，易于控制，可作為新型陣列結構光源廣泛應用于激光陣列雷達、面容識別、多點加工、顯微成像等前沿應用領域，相比現有技術具有較大進步。

技術領域

本發明涉及光電技術領域，尤其涉及一種基于液晶幾何相位調制的激光陣列光源。

背景技術

激光陣列是一種由多束相同或不同的激光束在接收平面以一定位置規律排布的特殊光場。作為一種新型結構激光場，激光陣列在面陣激光雷達、面容識別、高功率激光合成、多點加工、顯微成像、醫療等領域具有重要的應用價值。早期的激光陣列一般采用多個激光器按一定規律排布的方式直接生成，系統龐大且復雜。后來，隨著衍射光學的發展，人們設計了包括純相位光柵、數字微透鏡反射陣列、液晶空間光調制器、超穎表面等衍射器件，將一束激光衍射成多束激光以構成激光陣列，使得整個系統大大簡化，系統穩定性顯著提升。但這種方法其仍面臨著由分辨率不佳而導致的無法生成高維光束陣列的問題。現有的報道一般生成7×7及以下的激光光束陣列，對于更高維度的光束陣列鮮有報道。然而，在部分應用如激光面陣雷達、面容識別等前沿應用技術中，需要生成的激光光束陣列的維度應盡可能高，且同時還應具有良好的陣列均勻度、衍射效率等。此外，陣列光源還應盡可能小型化，以適應多種應用場景。

發明內容

有鑒于此，本發明公開了一種基于液晶幾何相位調制的激光陣列光源，其可生成高維激光光束陣列，且陣列中各個光束的強度相同。

本發明的激光陣列光源基于液晶分子的幾何相位調制原理，通過激光直寫技術，操縱玻璃基片上液晶分子的主軸排布，而后固化定型獲得幾何相位陣列光柵，利用液晶分子的雙折射特性，為入射基模高斯光束引入0-π二值化幾何相位調制，進而將基模高斯光束轉化為高維激光陣列。其中，相位分布函數根據目標陣列光場的特性經優化算法計算分析得到。由于本發明的幾何相位陣列光柵的幾何相位分布被設計為0-π二值化，使得其對入射基模高斯光束的偏振態不敏感，即無需采用特定偏振態的基模高斯光束入射即可生成激光陣列，這與傳統的幾何相位調制器件不同。

本發明的一種基于液晶幾何相位調制的激光陣列光源，具備半導體激光模塊、單模光纖、光纖轉接板、透鏡、幾何相位陣列光柵和金屬套筒，其中：

所述半導體激光模塊用于產生基模高斯光束；

所述單模光纖的一端與半導體激光模塊的輸出端相連，用于傳輸半導體激光模塊所產生的激光；

所述光纖轉接板與單模光纖的另一端相連，用于將單模光纖中的基模高斯光束耦合到自由空間中；

所述透鏡置于光纖轉接板后方的激光光路中，用于將基模高斯光束準直；

所述幾何相位陣列光柵置于透鏡后方的激光光路中，用于將基模高斯光束衍射為多個激光束，并分別以不同的衍射角度射出，以生成激光陣列；

所述金屬套筒用于依次固定光纖轉接板、透鏡和幾何相位陣列光柵，以使這些器件穩定固定且同光軸，滿足多種不同工程場景的應用需求。

本發明具有以下有益效果：

1)本發明的幾何相位陣列光柵基于液晶分子的幾何相位調制原理，通過操縱玻璃基片上液晶分子的主軸排布，而后固化定型獲得，具有分辨率高、穩定性高、抗損傷閾值高等特點，可有效的將基模高斯光束轉化為激光陣列；

2)本發明的基于液晶幾何相位調制的激光陣列光源，采用金屬套筒整體固定光纖轉接板、透鏡和幾何相位陣列光柵，具有良好的穩定性。

附圖說明