CN201845994U - 一种激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种激光器，它包括散射元件，所述散射元件位于所述激光器的谐振腔内；其中，所述激光器产生的激光经由所述散射元件时，其相位被所述散射元件随机调制，使得所述激光转变为部分相干光后输出。本实用新型的有益效果是：通过在激光器的谐振腔内插入散射元件来降低激光的相干性，从而在本质上解决了激光显示技术中的散斑问题，提高了激光显示的图像质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光领域，具体涉及一种激光器。
背景技术
激光作为一种新型光源，具有单色性好、方向性好、相干性好且亮度高的特点，因此激光显示和传统显示相比具有更大的色域、更高的对比度和亮度，颜色更加鲜艳，更能反映自然界的真实色彩。但是，完全相干的激光照射到粗糙物体表面时容易形成漫反射，使得从粗糙物体表面反射的光在空间相干叠加，在整个空间发生干涉，从而形成随机分布的或明或暗的斑点(即散斑)。这些散斑严重影响了成像质量，降低了图像的对比度和分辨率。
为了克服上述缺陷，本领域技术人员提出了多种方法，如由不同波长的多个激光光源提供入射光，利用单光纤或光纤束(多束光纤)传输，利用脉冲激光的叠加，移动散射体，移动孔径光阑，振动屏幕，在腔外利用二元光学元件等把高斯光束变换成平顶光束或超高斯光束，再利用液晶或毛玻璃等具有散射功能的部件实现部分相干，或利用安装在腔内的渐变反射率镜、渐变相位镜、内置活动镜等部件得到中心强度均匀的超高斯光束等方法来达到减弱散斑的目的。这些方法从原理上说都是在激光形成后对其进行各种处理以达到消除散斑的目的，虽然可以起到一定的作用，但消除散斑的效果不明显，且并没有从本质上解决激光显示中的散斑问题。
实用新型内容
为了从本质上解决激光显示中的散斑问题，本实用新型提供了一种能够产生部分相干光的激光器。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种激光器，它包括散射元件，所述散射元件位于所述激光器的谐振腔内；其中，
所述激光器产生的激光经由所述散射元件时，其相位被所述散射元件随机调制，使得所述激光转变为部分相干光后输出。
上述技术方案中，所述谐振腔包括激光晶体、倍频晶体以及输出镜；所述散射元件在所述倍频晶体与所述输出镜之间或在所述激光晶体与所述倍频晶体之间。
上述技术方案中，所述谐振腔包括激光晶体和输出镜；所述散射元件在所述激光晶体与所述输出镜之间。
上述技术方案中，所述谐振腔包括激光晶体和倍频晶体；所述散射元件在所述激光晶体与所述倍频晶体之间。
上述技术方案中，所述散射元件为液晶盒或液晶屏。
上述技术方案中，所述液晶盒常态为散射，其散射能力随外加电压升高而减弱。
上述技术方案中，所述液晶屏加有用于使所述液晶屏中的液晶分子发生极化的外电压。
上述技术方案中，所述散射元件为随机相位板，所述随机相位板在工作过程中发生旋转。
上述技术方案中，所述随机相位板在电机的带动下发生转动。
上述技术方案中，所述输出镜为平凹镜或平面镜。
本实用新型的有益效果是：通过在激光器的谐振腔内插入散射元件来降低激光的相干性，从而在本质上解决了激光显示技术中的散斑问题，提高了激光显示的图像质量。
附图说明
图1是激光显示中散斑的形成原理图；
图2是在一个实施例中，谐振腔内插入液晶盒的激光器的结构示意图；
图3是在一个实施例中，谐振腔内插入随机相位板的激光器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
在对本实用新型做详细说明之前，首先对激光显示中散斑的形成原理进行说明。图1是激光显示中散斑的形成原理图。根据相干条件，振动方向相同、振动频率相同、相位相同或者相位差保持恒定的光为相干光，因此一般情况下由同一光源产生的光为相干光，图1中的投影仪102所发出的光即为相干光。光束103和光束104是投影仪102发出的光束中的相近的两束光，这两束光投射到粗糙表面101上会发生漫发射，进而在点A发生相长干涉或相消干涉。如果发生相长干涉，A点为亮点；如果发生相消干涉，则A点为暗点。类似地，投影仪102发出的相干光有很多相近的子光束都会如同光束103和光束104一样发生相长或相消干涉，照射在粗糙表面就形成了或明或暗的散斑。
因此，要避免激光显示中的散斑现象，本发明人所提出的解决方法是使得光源(如激光器)发射出来的光之间不具有完全相干性。在图2中给出了能够产生部分相干光的激光器的一种实现方式的结构图。
图2为在一个实施例中，谐振腔内插入液晶盒的激光器的结构示意图。液晶是一种较理想的散射体，液晶散射是基于分子阵列的散射，散射微粒小，具有散射均匀、光能量透过率大、易于控制等优点。液晶分子是排列有序的，它的介电常数具有各向异性，在外加电场的作用下，液晶分子发生极化，当外加电场大到一定程度后，产生不规则形变，液晶分子沿圆周运动。由于外加电场诱发液晶分子产生了运动和取向波动，对谐振腔内光波造成动态散射，破坏了入射光束的相干性。通过改变外加电压，可控制液晶分子相干区尺寸的大小，从而达到控制入射激光的目的。由于液晶散射需要借助外加电场，因此在本实施例中选用散射能力随外加电压变化显著的液晶分子所组成的液晶盒。
图2所示的激光器包括LD泵浦源201，聚焦透镜202，激光晶体203，倍频晶体204，液晶盒205和输出镜206。激光晶体203的入射面和输出镜206的凹面构成谐振腔。其中，液晶盒205常态为散射态，散射能力随外加电压升高而减弱且散射能力随外加电压变化显著。液晶盒205内的液晶分子尺寸在0.5-2.0μm，液晶盒厚2.2cm，液晶层厚10μm，光透过率为70％。液晶盒205的工作电压范围为0-50V，工作温度为0-50℃。在安装所述激光器时，将液晶盒205插入谐振腔内，可以放置于倍频晶体204和输出镜206之间。LD泵浦源201发出的光经聚焦透镜202进入激光晶体203后变为基频光，基频光再经过倍频晶体204变为倍频光。依据前述的液晶分子散射原理，在外加电场的作用下，液晶盒205中的液晶分子可对激光晶体203所发出的基频光造成散射，破坏基频光的相干性，使谐振腔内光束变为部分相干光，最后经输出镜206输出。该激光器在激光输出前就干扰了光的相干性，从本质上解决了由于激光的相干性在激光显示应用中产生的散斑问题。虽然在本实施例中，采用液晶盒来实现对基频光的散射，但本领域技术人员也可以采用其他类型的液晶元件，如加有外电压的液晶屏等。
图3是另一个实施例中，在谐振腔内插入随机相位板的激光器结构示意图。随机相位板实际是一块透明介质板，在显微镜下观察其结构，会发现其上密布着许多不规则、凹凸程度不同的单元，不同的地方密度有所区别，当激光穿过随机相位板的时候，被附加一个随机的光程差，从而去除了空间相干性。基于这一原理，在图3所示的实施例中，激光器包括LD泵浦源201，聚焦透镜202，激光晶体203，倍频晶体204，随机相位板305，输出镜206和电机307。在LD泵浦源201的输出光路上依次放置聚焦透镜202，激光晶体203，倍频晶体204，随机相位板305，电机307和输出镜206。其中，激光晶体203的一面镀有泵浦光增透膜和输出激光全反膜，并作为谐振腔的入射部件，输出镜206作为谐振腔的出射部件。输出镜206可以是平凹镜或平面镜。随机相位板305嵌入在电机307里，与其合为一体，由电机307带动随机相位板305进行旋转，造成对照射在随机相位板305上的激光的随机相位。LD泵浦源201发出的泵浦光经聚焦透镜202聚焦后，经过激光晶体203成为基频光，基频光再经倍频晶体204变为倍频光。基频光进入随机相位板305，经过随机相位板305时，由于其上各处的凹凸程度不同，导致入射到各处的基频光产生了不同的光程，造成了输出光的相位混乱，即得到了部分相干光，最后由输出镜206输出。这种激光器输出的激光具有部分相干性，对激光显示中的散斑问题具有实质意义上的改善。
虽然在上面两个实施例中，采用了诸如液晶盒、随机相位板的散射元件，但在本发明的其他实施例中也能够采用使得光线进行散射的其他散射元件，如包含有纳米颗粒的悬浮液。此外，在上述实施例中，诸如液晶盒、随机相位板的散射元件都位于倍频晶体与输出镜之间，但在其他实施例中，散射元件的位置并不限于此。散射元件只要置于激光器谐振腔内即可，如在激光晶体与倍频晶体之间。最后，在上述实施例中，所述激光器谐振腔内除了包含有诸如液晶盒、随机相位板的散射元件外，还都包括有激光晶体、倍频晶体和输出镜，但在其他实施例中，除了所述散射元件外，所述激光器谐振腔可以仅包括激光晶体、倍频晶体，所述散射元件在所述激光晶体与所述倍频晶体之间，或仅包括激光晶体和输出镜，所述散射元件在所述激光晶体与所述输出镜之间。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种激光器，其特征在于，它包括散射元件，所述散射元件位于所述激光器的谐振腔内；其中，
所述激光器产生的激光经由所述散射元件时，其相位被所述散射元件随机调制，使得所述激光转变为部分相干光后输出。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述谐振腔包括激光晶体、倍频晶体以及输出镜；所述散射元件在所述倍频晶体与所述输出镜之间或在所述激光晶体与所述倍频晶体之间。
3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述谐振腔包括激光晶体和输出镜；所述散射元件在所述激光晶体与所述输出镜之间。
4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述谐振腔包括激光晶体和倍频晶体；所述散射元件在所述激光晶体与所述倍频晶体之间。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的激光器，其特征在于，所述散射元件为液晶盒或液晶屏。
6.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述液晶盒常态为散射，其散射能力随外加电压升高而减弱。
7.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述液晶屏加有用于使所述液晶屏中的液晶分子发生极化的外电压。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的激光器，其特征在于，所述散射元件为随机相位板，所述随机相位板在工作过程中发生旋转。
9.根据权利要求8所述的激光器，其特征在于，所述随机相位板在电机的带动下发生转动。
10.根据权利要求2或3所述的激光器，其特征在于，所述输出镜为平凹镜或平面镜。
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