一种结合多模光波导和衍射光学器件的静态激光散斑抑制方法技术

一种结合多模光波导和衍射光学器件的静态激光散斑抑制方法，包括以下步骤：步骤1：将激光束准直后输入衍射光学器件，衍射光学器件将入射的准直激光束输出为具有不同衍射级的衍射光束；步骤2：不同衍射级的衍射光束被透镜聚焦，聚焦光束输入多模光波导中，所述多模光波导调制不同衍射光束的传输时延，使所有衍射级的衍射光束以时延差δT从多模光波导输出；步骤3：以不同时延输出的衍射光束被成像透镜收集，并成像在投影屏幕上，所述投影屏幕具有粗糙表面，所述投影屏幕上的图像由数字相机接受并处理，实现静态激光散斑抑制。本发明专利技术可靠性高、不需要电能供应、响应时间快、无机械运行机构、系统简单、尺寸小、成本低廉。

A Static Laser Speckle Suppression Method Combining Multimode Optical Waveguide and Diffractive Optical Device

A static laser speckle suppression method combining multi-mode optical waveguide and diffractive optical device includes the following steps: step 1: the laser beam is collimated and input into the diffractive optical device, and the diffractive optical device outputs the incident collimated laser beam into a diffractive beam with different diffraction levels; step 2: the diffracted beam with different diffraction levels is focused by the lens, and the focused beam is input into the multi-mode optical waveguide The multi-mode optical waveguide modulates the propagation delay of different diffracted beams so that all diffracted beams of the diffraction order are output from the multi-mode optical waveguide with delay difference Delta T. Step 3: The diffracted beams with different time delays are collected by the imaging lens and imaged on the projection screen. The projection screen has a rough surface, and the image on the projection screen is received and processed by the digital camera. Static laser speckle suppression. The invention has the advantages of high reliability, no power supply, fast response time, no mechanical operation mechanism, simple system, small size and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种结合多模光波导和衍射光学器件的静态激光散斑抑制方法
本专利技术属于激光显示投影领域，尤其涉及一种结合多模光波导和衍射光学器件的全静态空间/时间混合激光散斑抑制方法。
技术介绍
激光投影显示系统因其所具备的色彩丰富、画面质量高、寿命长、可靠性高、功效高、能耗低等优点，受到越来越广泛的关注和欢迎。然而由于激光是高相干光，不可避免地会产生一种称为激光散斑的画面噪声，激光散斑由信号的随机相干叠加形成，严重影响图像的质量。在激光投影显示领域，散斑会使投影显示的画面质量下降，导致观看者产生疲倦和头晕眼花等症状，严重影响激光投影仪使用者的体验，是制约激光投影显示系统和仪器发展的核心因素。已有技术中对激光散斑的抑制，主要采用降低偏振相干、降低时间相干和降低空间相干等技术方法，其中以对随机激光散斑模式进行时间平均的运动衍射光学器件的技术方法最为常见。运动衍射光学器件的方法属于动态激光散斑抑制方法，虽然能够降低激光散斑，但其需要机械运行机构、电学控制系统，所以可靠性差、能耗高、系统复杂、结构庞大、成本高。因此，亟须研究静态(即无需电能供应、无运动部件)的散斑抑制方法和系统。迄今为止，静态散斑抑制技术主要有基于电光、磁光、声光等调制技术(A.L.Andreev，N.V.Zalyapin，T.B.Andreeva，I.N.Kompanets，Electroopticdespecklerbasedonhelix-freeferroelectricliquidcrystal，QuantumElectronics，2017，47(11):1064-1068)和基于多模光纤(J.Manni，J.Goodman，Versatilemethodforachieving1％specklecontrastinlarge-venuelaserprojectiondisplaysusingastationarymultimodeopticalfiber，OpticsExpress，2012，20(10):11288-11315)两种技术方案。前一种技术方案目前有理论和初步实验报道，因响应速度太慢，短期内无法实际应用，同时该技术方案还是需要电能供应的。后一种方案只有理论分析，尚未提出具体技术方案和实现系统，且散斑抑制效果也不理想。
技术实现思路
为了克服已有技术散斑抑制效果不够好、可靠性差、系统复杂、响应时间慢、需要电能供应、尺寸庞大、成本高等缺陷，本专利技术提供一种可靠性高、不需要电能供应、响应时间快、无机械运行机构、系统简单、尺寸小、成本低廉的结合多模光波导和衍射光学器件的静态激光散斑抑制方法，采用衍射光学器件形成不同角度的衍射光束，采用多模光波导对不同的衍射光束进行时延调制，达到同时降低空间和时间相干性的目的。本专利技术的技术方法无需电能供应和机械运行机构，能实现完全静态的激光散斑抑制。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种结合多模光波导和衍射光学器件的静态激光散斑抑制方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：将激光束准直后输入衍射光学器件，所述衍射光学器件制作在透明的玻璃或塑料材料上，具有一维或者二维二元衍射光学结构，所述衍射光学器件将入射的准直激光束输出为具有不同衍射级的衍射光束；步骤2：不同衍射级的衍射光束被透镜聚焦，聚焦光束输入多模光波导中，所述多模光波导调制不同衍射光束的传输时延，使所有衍射级的衍射光束以时延差δT从多模光波导输出；步骤3：以不同时延输出的衍射光束被成像透镜收集，并成像在投影屏幕上，所述投影屏幕具有粗糙表面，所述投影屏幕上的图像由数字相机接受并处理，实现静态激光散斑抑制。进一步，所述步骤1中，所述衍射光学器件带有一维或二维浮雕结构，所述浮雕结构使用基于二元编码掩模制作，称为二元衍射光学结构。所述二元编码可以是但不限于伪随机序列编码、巴克码、Hadamard矩阵。所述二维二元衍射光学结构，可以是特定的二维二元编码结构，也可以由两个一维二元编码结构以设定角度交叠构成。再进一步，所述衍射光学器件，由透明的玻璃或塑料材料镀金属制成，所述透明的玻璃或塑料材料是指对包括红、绿、蓝光在内的可见光波段透明的材料；所述金属材料的作用是遮挡光线，所述透光和遮光部分共同构成二元编码。所述玻璃材料包括但不限于K9光学玻璃，所述塑料材料包括但不限于PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等透明硬质塑料。更进一步，所述步骤2中，所述多模光波导，可以是多模光纤也可以是多模矩形光波导，所述多模是指波导中存在多个光学传导模式，所述衍射光束的时延差必须大于激光器的时间相干长度，须满足下列不等式：δT＞2πλ2/(c·δλ)(1)公式(1)中δT表示衍射光束从多模光波导输出时的时延差，λ代表激光器的波长，δλ代表激光器的光谱宽度，c代表真空中的光速；所述多模光波导中传导模式的最大时延差δTmax由下面的公式(2)计算得出：公式(2)中δTmax表示多模光波导中传导模式的最大时延差，l代表多模光波导的长度，n1和n2分别代表多模光波导芯层和包层的折射率，Δ代表多模光波导芯层和包层的相对折射率差。进一步地，多模光波导也可以是多模光纤束，或者芯层被结构化设计的多模光波导。实现所述结合多模光波导和衍射光学器件的静态激光散斑抑制方法的静态激光散斑抑制系统，包括激光器、准直透镜、衍射光学器件、聚焦透镜、多模光波导、成像透镜、投影屏幕、数字相机，所述数字相机由入射光阑、相机透镜和图像传感器组成，所述激光器、准直透镜、衍射光学器件、聚焦透镜、多模光波导、成像透镜位于同一光轴上。所述激光器射出的激光光束通过所述准直透镜进行扩束、整形和校准，正入射到所述衍射光学器件上，所述衍射光学器件将入射激光束分解为不同衍射级的衍射光束输出，所述不同衍射级的衍射光束被所述聚焦透镜聚焦并输入到所述多模光波导中，所述多模光波导输出的光脉冲间隔大于所述激光器的时间相干长度，并通过成像透镜投影到投影屏幕上；所述投影屏幕记录激光投影成像并可直接进行目视观察，所述数字相机记录投影屏幕上的激光投影成像并利用图像传感器进行数据处理。本专利技术的技术构思是：利用衍射光学器件生成的不相关的衍射光束破坏激光的空间相干性，利用多模光波导生成间隔大于激光器时间相干长度的光脉冲破坏激光的时间相干性，从而达到抑制散斑的效果，是一种新型的时间/空间混合的激光散斑抑制方法。进一步地，衍射光学器件和多模光波导都是固定的，不需要电能供应和机械运行机构，能实现完全静态的激光散斑抑制。更进一步，由于不需要电能供应和机械运行机构，该方法可靠性高、响应速度快、能耗低、尺寸小、系统简单易维护。本专利技术的有益效果主要表现在：(1)不需要电能供应和机械运行机构，是一种完全静态的激光散斑抑制方法。(2)可同时降低激光的时间和空间相干性。(3)整个散斑抑制系统可靠性高、响应速度快、能耗低、尺寸小、系统简单易维护。(4)与市场上现有的散斑抑制装置相比，制作简单，成本低廉，适合大批量生产。附图说明图1是本专利技术结合多模光波导和衍射光学器件的静态激光散斑抑制方法的实现系统示意图，其中，1是激光器；2是准直透镜；3是衍射光学器件；4是聚焦透镜；5是多模光波导；6是成像透镜；7是投影屏幕；8是数字相机；9是数字相机的入射光阑；10是相机透镜；11是数字相机的图像传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合多模光波导和衍射光学器件的静态激光散斑抑制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：将激光束准直后输入衍射光学器件，所述衍射光学器件制作在透明的玻璃或塑料材料上，具有一维或者二维二元衍射光学结构，所述衍射光学器件将入射的准直激光束输出为具有不同衍射级的衍射光束；步骤2：不同衍射级的衍射光束被透镜聚焦，聚焦光束输入多模光波导中，所述多模光波导调制不同衍射光束的传输时延，使所有衍射级的衍射光束以时延差δT从多模光波导输出；步骤3：以不同时延输出的衍射光束被成像透镜收集，并成像在投影屏幕上，所述投影屏幕具有粗糙表面，所述投影屏幕上的图像由数字相机接受并处理，实现静态激光散斑抑制。

【技术特征摘要】
1.一种结合多模光波导和衍射光学器件的静态激光散斑抑制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：将激光束准直后输入衍射光学器件，所述衍射光学器件制作在透明的玻璃或塑料材料上，具有一维或者二维二元衍射光学结构，所述衍射光学器件将入射的准直激光束输出为具有不同衍射级的衍射光束；步骤2：不同衍射级的衍射光束被透镜聚焦，聚焦光束输入多模光波导中，所述多模光波导调制不同衍射光束的传输时延，使所有衍射级的衍射光束以时延差δT从多模光波导输出；步骤3：以不同时延输出的衍射光束被成像透镜收集，并成像在投影屏幕上，所述投影屏幕具有粗糙表面，所述投影屏幕上的图像由数字相机接受并处理，实现静态激光散斑抑制。2.如权利要求1所述的一种结合多模光波导和衍射光学器件的静态激光散斑抑制方法，其特征在于，所述步骤1中，所述衍射光学器件带有一维或二维浮雕结构，所述浮雕结构使用基于二元编码掩模制作，称为二元衍射光学结构。3.如权利要求2所述的一种结合多模光波导和衍射光学器件的静态激光散斑抑制方法，其特征在于，所述二元编码为伪随机序列编码、巴克码或Hadamard矩阵。4.如权利要求2所述的一种结合多模光波导和衍射光学器件的静态激光散斑抑制方法，其特征在于，所述二维二元衍射光学结构是特定的二维二元编码结构或由两个一维二元编码结构以设定角度交叠构成。5.如权利要求1～4之一所述的一种结合多模光波导和衍射光学器件的静态激光散斑抑...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐孜纯，董文，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33