一种光控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光控制装置，属于光控制领域和全息成像领域，该装置包括：光调制模块及色散补偿模块；所述光调制模块，用于对入射光场进行调制得到目标衍射光场；所述色散补偿模块，用于对所述目标衍射光场进行色散补偿，以使所述目标衍射光场中不同波长光场的空间位置分布相同，或者，所述目标衍射光场中不同波长光场的空间角分布相同。本发明专利技术利用光调制器构成数字全息图，控制其衍射场，从而得到灵活的光控制手段，然后利用色散补偿模块解决了全息图的色散补偿，克服了现有色散补偿技术仅针对光栅色散进行补偿的局限性。

【技术实现步骤摘要】
一种光控制装置
本专利技术属于光控制领域和全息成像领域，尤其是涉及计算全息成像领域和光波前调制领域，更具体地，涉及一种光控制装置。
技术介绍
光控制是指对光场分布进行控制，包括光的幅度和相位。常见的光控制方法包括振镜、数字微镜器件(DigitalMicromirrorDevice，DMD)、空间光调制器(SpatialLightModulator，SLM)、电光偏转器、声光偏转器(AcoustoOpticalDeflectors，AOD)等。光控制的应用领域非常广泛，例如激光打标、激光切割、激光焊接、投影、光敏3D打印等。光控制方法可以分为四种类型：反射型、折射型、投影型和衍射型。反射型是常见的光控制方法，例如激光加工中使用的振镜，即是通过旋转反射镜的方式使光束方向发生改变。折射型光控制通过改变折射性质以控制光的性质，例如液体变焦透镜，液体变焦透镜是折射型透镜，可改变其面型来实现焦距的改变；又例如电光偏转器，即是通过改变折射率来使光束发生偏转。投影型也是一种常见的光控制方法，例如投影仪，其方法为调制照明光的分布(主要是强度分布)，然后通过成像共轭关系将该分布投影到空间中某个区域。衍射型是通过衍射的方式进行光控制，此时衍射屏可等效为全息图，例如声光偏转器，其衍射屏的类型是布拉格光栅，当入射光是准直光时，其出射场是满足光栅方程的某个方向的准直光。反射型和折射型的光控制方法优点是控制简单，局限性是能控制的自由度很有限，一般只能改变光的方向和光焦度。投影型能够对光的强度分布进行任意性的控制，即可产生任意图样，局限性主要有2点：1)仅能控制与投影屏共轭位置上的光强分布；2)投影范围内的每个点都只分配到很小部分的能量，假设照明光是均匀的，像素点个数是N，那么每个点只分得1/N的能量。衍射型按照具体器件不同，表现出不同的优缺点。例如声光偏转器，优点是速度很快，缺点是成本高、仅能改变光的方向和光焦度、效率不如反射型高。对于以空间光调制器或数字微镜器件为核心器件的衍射型光束控制，优点是速度快、能对光的强度和相位分布进行任意性的控制，并且产生图样时光能利用率可以远大于投影型。例如只希望产生一个点时，投影型只能获取1/N的光能，对于典型的高清投影芯片(像素数1920×1080)单点仅能获得两百万分之一的光能量，衍射型的衍射效率远大于该值。目前衍射型的光控制方法技术还不成熟，主要表现为光路系统复杂度高及对照明光束质量要求高等。同时，现有的衍射型光控制方法多只能适用于单色光、准单色光或窄带光，因为衍射存在色散效应，不同波长的光经相同的衍射屏衍射后，形成光场分布不同。飞秒激光具有极高的瞬时功率，其与物质的相互作用与传统的连续或长脉冲激光不同，在减材、增材和其他加工方式(焊接、表面处理等)上都具有独特的优势，例如高精度、低热效应等。但是飞秒激光为窄带光，具有10nm量级的线宽。现有的衍射型光控制方法不能很好适用于飞秒激光。因此，如何实现宽带光(例如飞秒激光)衍射型光控制是目前亟需解决的技术难题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种光控制装置，由此解决现有的衍射型光控制方法不能很好适用于宽带光衍射型光控制的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种光控制装置，包括：光调制模块及色散补偿模块；所述光调制模块，用于对入射光场进行调制得到目标衍射光场；所述色散补偿模块，用于对所述目标衍射光场进行色散补偿，以使所述目标衍射光场中不同波长光场的空间位置分布相同，或者，所述目标衍射光场中不同波长光场的空间角分布相同。优选地，所述色散补偿模块包括：依次放置的第一透镜组及第二透镜组；所述第一透镜组及所述第二透镜组组成开普勒望远镜结构。优选地，所述第一透镜组的焦距和所述第二透镜组的焦距在目标波长范围内满足如下关系：其中，ffront为所述第一透镜组的焦距，frear为所述第二透镜组的焦距，λ为光波长。优选地，所述第一透镜组表现为负色差，且经过所述第一透镜组的波长越长，则所述第一透镜组的焦距越短。优选地，所述第二透镜组表现为正色差，且经过所述第二透镜组的波长越长，则所述第二透镜组的焦距越长。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：利用光调制器构成数字全息图，控制其衍射场，从而得到灵活的光控制手段，然后利用色散补偿模块解决了全息图的色散补偿，克服了现有色散补偿技术仅针对光栅色散进行补偿的局限性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种光控制装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种色散补偿模块的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种色散补偿模块的前透镜组示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种色散补偿模块的后透镜组示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种色散补偿模块的功能示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种色散补偿模块的效果示意图，其中，图6(a)为未添加色散补偿模块时的输出光空间分布示意图，图6(b)为色散补偿模块作用下的输出光空间分布示意图，图中用三角形指代任意分布的图样；图7为本专利技术第一实施例提供的一种光控制装置的结构示意图；图8为本专利技术第二实施例提供的一种光控制装置的结构示意图；图9为本专利技术第三实施例提供的一种光控制装置的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”及“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。如图1所示为本专利技术实施例提供的一种光控制装置的结构示意图，在图1所示的装置中，包括：光调制模块1和色散补偿模块2，入射照明光3经过该装置之后变为输出光4。在本专利技术实施例中，上述光调制模块1的作用是对入射光场进行调制，此时光调制模块1为衍射屏，可等效为一个全息图，其衍射场即输出光场是需要的光场的再现。例如当光调制模块1的调制函数为光栅型时，输出光场是向特定的一个或几个方向传播的准直光，当光调制模块1的调制函数为二次相位分布时，输出光场是会聚或发散的球面波。理论上，通过计算全息的方法，对于任意满足麦克斯韦方程组的输出光场分布，都可以通过光调制模块1的调制来实现，必要时也可在输出前添加一个聚焦透镜来辅助实现需要的输出光场。在本专利技术实施例中，上述光调制模块1的核心器件为能够对光的强度或相位分布进行调制的器件，例如数字微镜器件DMD、声光偏转器AOD或者空间光调制器SLM等。在本专利技术实施例中，上述色散补偿模块2的作用是对光调制模块1调制后的光场进行色散补偿，使得经过光调制模块1调制后的光场的不同波长光场的空间位置分布或者空间角分布相同。在本专利技术实施例中，色散补偿模块2的结构如图2所示，包括依次放置的第一透镜组21和第二透镜组22。第一透镜组21和第二透镜组22组成开普勒望远镜结构。第一透镜组21表现为负色差的正透镜，波长越长焦距越短，如图3所示；第二透镜组22表现为正色差的正透镜，波长越长焦距越长，如图4所示。在本专利技术实施例中，第一透镜组的焦距ffront和第二透镜组的焦距frear在目标波长范本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光控制装置，其特征在于，包括：光调制模块及色散补偿模块；所述光调制模块，用于对入射光场进行调制得到目标衍射光场；所述色散补偿模块，用于对所述目标衍射光场进行色散补偿，以使所述目标衍射光场中不同波长光场的空间位置分布相同，或者，所述目标衍射光场中不同波长光场的空间角分布相同。

【技术特征摘要】
1.一种光控制装置，其特征在于，包括：光调制模块及色散补偿模块；所述光调制模块，用于对入射光场进行调制得到目标衍射光场；所述色散补偿模块，用于对所述目标衍射光场进行色散补偿，以使所述目标衍射光场中不同波长光场的空间位置分布相同，或者，所述目标衍射光场中不同波长光场的空间角分布相同。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述色散补偿模块包括：依次放置的第一透镜组及第二透镜组；所述第一透镜组及所述第二透镜组组成开普勒望远镜结构。3.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾绍群，胡庆磊，吕晓华，骆清铭，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42