一种降低激光相干性的方法及其位相调制器.pdf

本发明涉及激光领域，尤其涉及一种通过降低激光相干性来消除激光散斑效应的方法及其对应的位相调制器。本发明采用电光材料制作波导结构的电光位相调制器，通过调制器的激光可获得高频位相调制，并使位相无序化，降低激光的相干性，从而减弱激光散斑效应。本发明的位相调制器是电光位相调制器，电光晶体采用波导结构，其上下、左右四个侧面均被折射率低于电光介质的衬底材料或胶层包围而形成波导结构，并在上下两个侧面镀超薄金属膜或导电膜作电极；或上下两个侧面为胶层、深化光胶层、衬底材料及超薄金属膜或导电膜包围，另外两个侧面为空气的波导结构。

1.  一种降低激光相干性的方法，其特征在于：通过调制频率足够高的位相调制器来调制激光相位，使其发生无序的改变，从而降低激光的相干性。

2.  根据权利要求1所述的降低激光相干性的方法，其特征在于：所述的调制是横向电光调制效应。

3.  根据权利要求1所述的降低激光相干性的方法，其特征在于：所述的调制周期远小于所述激光的相干时间。

4.  一种位相调制器，其特征在于：所述的位相调制器是电光位相调制器，电光晶体采用波导结构。

5.  根据权利要求4所述的位相调制器，其特征在于：所述的波导结构是所述的电光晶体的上下、左右四个侧面均被折射率低于电光晶体的衬底材料或胶层包围，并在上下两个侧面镀超薄金属膜或导电膜作电极，而形成波导结构。

6.  根据权利要求4所述的位相调制器，其特征在于：所述的波导结构是所述的电光晶体的上下两个侧面为胶层、深化光胶层、衬底材料及超薄金属膜或导电膜包围，另外两个侧面为空气，而形成波导结构。

7.  根据权利要求4或5或6所述的位相调制器，其特征在于：所述的电光晶体可为双折射电光晶体，也可为各向同性的电光陶瓷。

8.  根据权利要求4所述的位相调制器，其特征在于：通过调制入射光的偏振方向或相位来改变入射光的相位差。

9.  根据权利要求4-7任一权利要求所述的位相调制器，其特征在于：所述的位相调制器采用透镜或柱面透镜对入射光束进行聚焦或准直。

一种降低激光相干性的方法及其位相调制器
技术领域
本发明涉及激光领域，尤其涉及一种通过降低激光相干性来消除激光散斑效应的方法及其对应的位相调制器。
背景技术
激光显示技术由于性能优越而受到广泛关注，人们已投入大量精力进行研究。阻碍激光显示快速发展的一个重要原因是激光散斑的存在。由于激光具有的高相干性而在激光显示中产生严重的激光散斑效应，造成激光显示图象质量严重下降。采用破坏激光输出位相是消除激光散斑效应的一种重要方法。通常可采用电光调制器来调制激光的相位。由于横向电光调制器所需调制电压V₀∝d/L(其中d为外加电压方向的晶体宽度，L为光波传输方向的晶体的长度)，因此增大L或减小d就可以降低半波电压，尤其对于电光波导调制器，利用波导结构大的长度与厚度比值可大大降低调制电压。一般的各向同性材料如电光陶瓷其半波电压为500V左右，若将其制成200μm×200μm×10000μm的波导结构，则电压只有1V左右。如此低电压将易于实现高频调制，如10MHZ，100MHZ等。
发明内容
本发明采用电光波导调制器来调制激光的相位，以获得低相干性的激光光源，该光源用于激光显示时可有效消除激光散斑效应。
本发明的具体技术方案是：
本发明的降低激光相干性的方法是通过调制频率足够高的电光位相调制器来调制激光相位，使其发生无序的改变，从而降低激光的相干性。
进一步的，所述的调制是横向电光调制效应。
进一步的，所述的调制周期远小于所述激光的相干时间。
本发明的位相调制器是电光位相调制器，电光晶体采用波导结构。
进一步的，所述的波导结构是所述的电光晶体的上下、左右四个侧面均被折射率低于电光晶体的衬底材料或胶层包围，并在上下两个侧面镀超薄金属膜或导电膜作电极，而形成波导结构。
或者，所述的波导结构是所述的电光晶体的上下两个侧面为胶层、深化光胶层、衬底材料及超薄金属膜或导电膜包围，另外两个侧面为空气，而形成波导结构。
进一步的，所述的电光晶体可为双折射电光晶体，也可为各向同性的电光陶瓷。
进一步的，通过调制入射光的偏振方向或相位来改变入射光的相位差。
进一步的，所述的位相调制器采用透镜或柱面透镜对入射光束进行聚焦或准直。
本发明采用电光材料制作波导结构的电光调制器，使通过其激光获得高频位相调制，从而减弱激光相干性。
附图说明
图1(a)是本发明的第一种波导结构的位相调制器的示意图；
图1(b)是图1(a)的横截面图；
图1(c)是本发明的第二种波导结构的位相调制器的示意图；
图2是本发明第一实施方式示意图；
图3是本发明第二实施方式示意图；
图4是本发明第三实施方式示意图。
具体实施方式
现结合附图说明和具体实施方式对本发明进一步说明。
电光调制器根据调制原理分为两种方式：电光强度调制器和电光相位调制器。前者改变的是入射光偏振方向；后者改变的是入射光的相位，而保持偏振方向不变。
激光的相干长度较长，即使普通的多纵模激光器，其相干长度仍有几米至几十米。若激光相干长度为100m，则其相干时间为100/3×10⁸≈10^-6s，即为μs量级。若电光调制频率为100MHZ，即在10ns时间内，激光位相改变2π。在1μs的相干时间内，激光输出位相将改变10²次。若激光相干长度为10m，则一个相干时间内，激光位相将改变10次。若电光调制频率更高，则可获得更快的调制速度。这样通过调制可使激光位相在相干时间内不断变化，减弱了相干性，从而达到减弱激光散斑效应的目的。
目前常用的条形光波导一般采用Ti内扩散或质子交换技术制作。这些方法均存在制作工艺复杂，成本较高等缺点。本发明采用一种简单的方法来制备光波导结构。该结构如图1所示，图1(a)中，101A、101B、101C及101D为衬底材料，102为电光晶体，103A和103B均可为超薄金属膜、导电膜及深化光胶膜，103C和103D为胶层或深化光胶膜层。其中电光晶体102的厚度为几微米至十几微米量级，长度为几厘米量级。电光晶体102与底材料101A、底材料101B、底材料101C及底材料101D通过胶合、光胶或深化光胶结合在一起，其中各衬底材料101A、101B、101C、101D或各膜层103A、103B、103C、103D的折射率低于电光晶体102，这样就在电光晶体102形成波导结构。对波导结构的垂直端面抛光，镀入射光增透膜。为更清楚的表示，图1(b)所示为该波导结构的横截面。本发明的波导腔结构的具体技术方案已经通过其他专利申请文件所公开，于此不在赘述。
如图1(c)所示的另一种波导结构的位相调制器，电光晶体102的上下侧面为衬底材料101A、衬底材料101B、胶层及导电膜103A、103B包围，两个侧面为空气。采用这种结构可对输入激光的一个方向进行限制，而对另一个方向不作限制，且该结构制作较为简易。
如图2所示的第一实施结构，201为入射激光，202A、202B为透镜，203为本专利的波导电光调制器，204为电极，205为出射光。对LN波导电光调制器，沿晶体z轴加电场，入射光201的输入面和输出面垂直于y轴。因光束沿y轴传播，其偏振方向在x轴方向和z轴方向上，由于两偏振分量的折射率不同，光束通过波导长L后，产生一定的相位差。通过调制输入电压大小可改变入射光的相位差，从而实现对入射光的位相调制。
如图3所示的第二实施结构，301为入射激光，302A、302B为透镜，303为本专利的波导电光相位调制器，电光材料可为KDP晶体等材料，304为电极，305为出射光。沿着电光波导z轴加电场时，产生感应主轴x′轴和y′轴，一束激光垂直于x′z轴平面入射，且E矢量与z轴成45°角，进入晶体后即分解为沿x′轴和z轴方向的两个垂直分量。因而外电场不改变出射光的偏振状态，仅改变其相位。传播距离L后，两偏振分量间产生相位差。通过调制电压使其彼此间的相位差无序化，进而降低入射光的相干性。该结构原理也可采用LiNbO3晶体，在x轴方向加电场，z轴方向通光来实现。
如图4所示的第三实施结构，401为入射激光，402A，402B均采用柱面透镜，403为图1(c)所示电光波导结构，404为电极，405为出射光。采用这样的结构一个激光方向发散角很小，一个激光方向发散角大，发散角小方向激光通过波导发散角变化很小。当仅需对晶体的一个方向进行限制时将更加适用。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。