光学元件及系统技术方案

本实用新型专利技术涉及光学技术领域，公开一种光学元件及系统，以扩展偏振光栅的应用范围。本实用新型专利技术光学元件包括：呈阵列式排列的至少两个以上子区域，各所述子区域设置有独立的偏振光栅；各所述偏振光栅用于对入射光实现对应偏振态的光束衍射和偏转。各所述偏振光栅用于：将入射的左旋圆偏振光偏转成出射的右旋圆偏振光，和/或将入射的右旋圆偏振光偏转成出射的左旋圆偏振光，和/或将入射的非偏振态自然光衍射成衍射角相反的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。优选地，各所述偏振光栅的所有出射光束的排列对应有至少一个间隔有序的阵列面或阵列线。

Optics and systems

【技术实现步骤摘要】
光学元件及系统
本技术涉及光学
，尤其涉及一种光学元件及系统。
技术介绍
偏振光栅是相对于传统光刻光栅出现的一种新的衍射元件，其通过控制材料的结构周期性排列实现光束衍射及偏转。目前基于偏振光栅的应用场景相对较少，国内也仅有少量企业(如：华为)和科研院校(如：国防科技大学)在将其应用于通信或军事等设备的实验室中。如何扩展偏振光栅的应用成为一个急需解决的问题。
技术实现思路
本技术目的在于公开一种光学元件及系统，以扩展偏振光栅的应用范围。为达上述目的，本技术公开一种光学元件，包括：呈阵列式排列的至少两个以上子区域，各所述子区域设置有独立的偏振光栅；各所述偏振光栅用于对入射光实现对应偏振态的光束衍射和偏转。通常，该偏振光栅可将入射的左旋圆偏振光偏转成出射的右旋圆偏振光，和/或将入射的右旋圆偏振光偏转成出射的左旋圆偏振光，和/或将入射的非偏振态自然光衍射成衍射角相反的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。较佳的，本实施例中各所述偏振光栅的所有出射光束的排列对应有至少一个间隔有序的阵列面或阵列线。可选的，本实施例所对应的阵列面可为N×M均匀或渐变间隔的点阵，其中，N、M为不同时为1的自然数。又或者，基于对目标波长范围的光束进行几何相位调制，可使得各所述偏振光栅等同于凸透镜以实焦点对非零的同一级衍射光束进行会聚，藉此，所对应的阵列线为光轴上间隔有序的实焦点的连线。同理，各所述偏振光栅也可等同于凹透镜以虚焦点对非零的同一级衍射光束进行发散，所对应的阵列线为光轴上间隔有序的虚焦点的连线。为达上述目的，本技术公开一种光学系统，由后往前依次包括光源、扩束器和准直器，其中，在所述准直器的前方还设置有如上述所述的光学元件。本技术具有以下有益效果：基于各个偏振光栅单独的衍射作用，可构建符合特定规律的输出光束阵列，以此可实现诸如分束等处理，进而可将传统光学系统后台数据的线性处理流程转换成并行处理进程，提高系统响应时效性；同时也便于系统可控性地实现光学特效显示等关联处理。另一方面，在单一光学元件上集成阵列式偏振光栅，方便基于特定应用进行精细化加工制作，确保产品的质量的精度。下面将参照附图，对本技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1至图5分别是本技术实施例公开的一种阵列式偏振光栅的应用实例。具体实施方式以下结合附图对本技术的实施例进行详细说明，但是本技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例一本实施例公开一种光学元件，包括：呈阵列式排列的至少两个以上子区域，各所述子区域设置有独立的偏振光栅；各所述偏振光栅用于对入射光实现对应偏振态的光束衍射和偏转。可选的，本实施例中的偏振光栅可采用由液晶或液晶聚合物制成的双折射材料，具体用于：将入射的左旋圆偏振光偏转成出射的右旋圆偏振光，和/或将入射的右旋圆偏振光偏转成出射的左旋圆偏振光，和/或将入射的非偏振态自然光衍射成衍射角相反的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。可选的，本实施例中，阵列式的各所述偏振光栅的所有出射光束的排列对应有至少一个间隔有序的阵列面。例如：如图1所示，该应用实例将同一片基板划分为2×2个子区域，每个子区域设置有偏振光栅，且各偏振光栅均匀分布且光轴彼此平行。当外界入射光照射到偏振光栅上时，不同的偏振光栅各自对入射光产生衍射作用，每个偏振光栅输出各自独立的衍射分布，由此可在图示的目标阵列面上获得需要的矩阵式衍射光强分布。例如，当入射为自然光时，可以通过对每个偏振光栅的单独设计，使每个偏振光栅输出偏振态分别为左旋圆偏振、右旋圆偏振的±1级两束衍射光，这样，在输出面就可以获得衍射效率和均匀性极高的2×4的光束阵列。需要申明的是，图1给出的仅仅是一种简单的实例，并不局限于2×2的划分，它可以是任意M×N的偏振光栅阵列，每个偏振光栅的出射光束数(若输入光束为左旋或右旋圆偏振光，则输出光束也为单束右旋或左旋圆偏振光)、衍射角、光强比也可以在符合理论实际的基础上自由设计，从而输出各种形式的光束阵列，具有广阔的应用前景。值得说明的是：对单个偏振光栅的设计包括但不限于通过控制衍射角的矢量方向、偏振光栅的厚度、长轴和/或快轴等方向来进行几何相位调制。同理，阵列式的各所述偏振光栅的所有出射光束的排列对应有至少一个间隔有序的阵列线。图2所示为的1×4的偏振光栅阵列。当自然光入射时，每个偏振光栅出射±1两级出射光，总的输出光束可为一维方向1×8的光束阵列。若将其应用于激光扫描，可以大大增强扫描的范围和速率。较佳的，还可以针对各个偏振光栅设置相应的电压控制系统，通过电压的加载或切断来实现偏振光栅是否正常工作的状态；通常在无电压状态下，偏振光栅可正常工作；而在加载电压状态下，则相当于普通的玻璃窗口片。可选的，本实施例还可以将偏振光栅阵列设置成同心环并使得各环所对应的偏振光栅分别实现等同于凸透镜或凹透镜的光学性能。如图3所示，各所述偏振光栅等同于凸透镜以实焦点对非零的同一级衍射光束(一般为+1或-1衍射级)进行会聚，所对应的阵列线为光轴上间隔有序的实焦点的连线。又或者，如图4中所示，阵列中的部分偏振光栅(对应有输出光束虚线延长线的部分)还可等同于凹透镜以虚焦点对非零的同一级衍射光束进行发散，该部分阵列组合所对应的阵列线为光轴上间隔有序的虚焦点的连线。可选的，该阵列式偏振光栅可应用于检测空气中的粉尘浓度等。优选地，本实施例中各所述子区域集成在同一基板上无缝拼接。该基板可采用柔性基板，以便于将本实施例的偏振光栅阵列从平板结构延伸至曲面或球体等结构上。通常，在柔性基板与各所述偏振光栅之间还设置有配向层。在部分应用中，由于制造工艺的不同，该配向层也可以在完成对偏振光栅的取向之后可以从最终产品中剥离。可选的，本实施例的偏振光栅也可采用物理支架进行拼接。实施例二本实施例在上述实施例一的基础上，公开一种光学系统，由后往前依次包括光源、扩束器和准直器，在所述准直器的前方还设置有如上述实施例一的光学元件。如图5所示，本实施例系统包括：激光发射器1、扩束器2、准直器3、阵列式偏振光栅5以及阵列式偏振光栅表面的增透膜4。从激光发射器出射的单色非偏振激光，经过扩束、准直后近似以平行光均匀入射到阵列式偏振光栅，每个偏振光栅是独立设计的，从各个偏振光栅出射光强相等，偏振态分别为左旋圆偏振、右旋圆偏振的±1级两束衍射光。如果阵列式偏振光栅5包含了M×N个偏振光栅，则出射为2×M×N的光束阵列(图5中只给出了2×6×1束光)。当M、N足够大时，例如M、N都为100时，本实例中的结构光模组可以产生2万个光束阵列。如果激光发射器发出的为S个不相干的非偏振激光阵列，则结构光模组可以产生2×M×N×S个光束阵列。综上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学元件，其特征在于，包括：/n呈阵列式排列的至少两个以上子区域，各所述子区域设置有独立的偏振光栅；/n各所述偏振光栅用于对入射光实现对应偏振态的光束衍射和偏转。/n

【技术特征摘要】
1.一种光学元件，其特征在于，包括：
呈阵列式排列的至少两个以上子区域，各所述子区域设置有独立的偏振光栅；
各所述偏振光栅用于对入射光实现对应偏振态的光束衍射和偏转。


2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，各所述偏振光栅用于：
将入射的左旋圆偏振光偏转成出射的右旋圆偏振光，和/或将入射的右旋圆偏振光偏转成出射的左旋圆偏振光，和/或将入射的非偏振态自然光衍射成衍射角相反的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。


3.根据权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于，各所述偏振光栅的所有出射光束的排列对应有至少一个间隔有序的阵列面或阵列线。


4.根据权利要求3所述的光学元件，其特征在于，所对应的阵列面或阵列线为N×M均匀或渐变间隔的点阵，所述N、M为不同时为1的自然数。


5.根据权利要求4所述的光学元件，其特征在于，各所述偏振光栅均匀分布且光轴彼此平行。


6.根据权利要求3所述的光学元件，其特征在于，各所述偏振光栅等同于凸透镜以实焦点对非零的同一级...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琪，张礼朝，李晓春，
申请(专利权)人：深圳市麓邦技术有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44