一种动态光场发生方法及发生装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种动态光场发生方法及装置，属于空间光技术领域，其方法包括以下步骤：为输出光建立空间光场函数Field＝F(P1，P2，P3…Pn)，其中P1，P2，P3…Pn表示的是输出光的可调光学性质；为空间光场函数F与输入电信号之间建立第一映射函数；为空间光场函数F与寻址函数建立第二映射函数；动态光束调制单元接收输入光以及输入电信号，输入光为矩形光束；根据第一映射函数得到光学性质确定的空间光场函数；根据第二映射函数以及光学性质确定的空间光场函数，得到寻址地址；动态光束调制单元根据寻址地址进行寻址，以改变输出光的可调光学特征，从而生成所需的光场。本发明专利技术设计合理、易于操作，通过简单的输入电信号变化即可对输出光进行调制。

A dynamic light field generating method and device

【技术实现步骤摘要】
一种动态光场发生方法及发生装置
本专利技术涉及，特别涉及一种动态光场发生方法及发生装置。
技术介绍
在工业激光器开发和应用场景中，往往需要对远场光斑进行整形以改善光束质量或得到特定模式的光斑，例如得到平顶光斑、长焦深光斑等。传统的技术手段就是利用DOE元件或自由曲面透镜等光学元件，其缺点是光斑形态受限于光路元件，一旦光路元件固定就无法再改变光斑形态，因此其属于静态光路。科研中基于空间光调制器(SLM)的光学整形系统是一种常见的动态光束整形系统。空间光调制器是一种对光波空间分布进行调制的器件，空间光调制器含有许多独立单元，这些独立单元在空间上排列成一维或二维阵列，每个单元都可以独立地接收光学信号或电学信号的控制，并按此信号改变自身的光学性质(透射率、反射率、折射率等光场参数)，从而对照射在其上的光波进行调制，进而得到需要的光场。上述的光学信号或电学信号被称为控制输入信号(写入信号)，写入信号通常含有控制SLM各单元的信息，并把这些信息分别传送到SLM相应的各单元位置上改变其光学性质。而写入信号把信息传递到SLM上相应位置，以改变SLM的透过率分布的的过程，被称为寻址，按照控制输入信号的方式不同，空间光调制器可以分为光寻址(0A-SLM)和电寻址(EA-LSM)两类。现有技术中，空间光调制器是以光学头模块如LCoS、DMD、MEMS等光电器件为核心完成光学调制功能，其控制信号都是采用PCIe方式输入到空间光调制器，控制信号内容依赖上位机来处理。但由于空间光调制器需要上位机输入信号进行控制，难以与激光器进行集成。同时由于光场调控技术需要编程或操控软件，不易被工厂普通操作人员理解，对激光设备生成或调试人员的技术能力要求较高，因此，现有空间光调制器技术直接应用到大规模的设备制作生成非常麻烦，亟待解决调控光场的操作方式傻瓜化、简单化的问题。因此，开发一种简单可控、易于集成的光场发生装置，用于激光器内或集成到激光器应用设备中，就非常必要。这种装置可以作为激光器的内嵌组件，也可以作为外装设备，让激光器能产生特定目的的光场。本专利技术基于光束整形技术和空间光调制器的动态调制技术，利用硬件电路和光路相结合的手段，提出了一种激光动态光场发生器装置。该装置可以作为工业激光器特别是低功率激光器的内部组件，直接应用到激光器产品开发中，也可以作为现有激光器应用设备的加装组件，代替固定光学元件，应用到不同的激光设备中。
技术实现思路
针对现有技术存在的光路元件固定后出射的光斑形态即固定，从而难以灵活调整的问题，本专利技术的目的在于提供一种动态光场发生方法及发生装置。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种动态光场发生方法，包括以下步骤：步骤1、为经过动态光束调制单元调制并发射的输出光建立空间光场函数Field＝F(P1，P2，P3…Pn)，其中P1，P2，P3…Pn表示的是上述的输出光的各项可调光学性质；为所述空间光场函数F与输入电信号之间建立第一映射函数；为所述空间光场函数F与寻址函数建立第二映射函数；步骤2、动态光束调制单元接收输入光以及输入电信号，所述输入光为矩形光束；步骤3、根据步骤1中的所述第一映射函数得到光学性质确定的空间光场函数；步骤4、根据步骤1中的所述第二映射函数以及步骤3中所述光学性质确定的空间光场函数，得到寻址地址；步骤5、动态光束调制单元根据步骤4中获得的所述寻址地址进行寻址，以改变输出光的可调光学特征，从而生成所需的光场。优选的，所述输入电信号为电平信号、开关信号、指令信号中的一种或者多种。优选的，在所述步骤1中，所述映射关系由空间复用相位函数进行定义；在所述步骤2中，动态光束调制单元调用所述空间复用相位函数对所述输入电信号进行处理并生成所述寻址地址。优选的，所述输入光通过偏振分光棱镜分成P偏光和S偏光；所述P偏光被发射到所述动态光束调制单元；所述S偏光被发射到固体成像传感器，所述固定成像传感器采集所述S偏光携带的输入光的光学性质，以便于调整所述输入电信号。另一方面，本专利技术还提供一种动态光场发生装置，包括结构载体和安装在所述结构载体上的控制模块、交互接口和光路结构；所述光路结构包括支撑架以及按照光路传播路径依次分布在所述支撑架上的偏振片、矩形光斑整形单元、前光学4f系统、动态光束调制单元和后光学4f系统；所述偏振片用于将入射光束起偏成线偏振光，所述矩形光斑整形单元用于将所述线偏振光整形成矩形光斑，所述前光学4f系统用于将所述矩形光斑无畸变的传递到所述动态光束调制单元；所述交互接口用于采集输入电信号；所述控制模块用于接收所述输入电信号，并对所述输入电信号进行处理后向所述动态光束调制单元发送寻址地址；所述动态光束调制单元用于根据所述寻址地址进行寻址，从而调制出需要形态的输出光；所述后光学4f系统用于将所述输出光无畸变的射出。优选的，所述动态光束调制单元为LCOS芯片的电控相位调制单元；所述控制模块包括嵌装有空间复用相位函数的Firmware固件，所述输入电信号通过所述Firmware固件与输出光的可调光学性质建立映射关系；所述交互接口包括GPIO接口、串口、拨位开关中的一种或者多种。优选的，所述光路结构还包括安装在所述支撑架上的偏振分光棱镜和固体成像传感器，所述偏振分光棱镜布置在所述前光学4f系统与所述动态光束调制单元之间；所述偏振分光棱镜用于将所述前光学4f系统发出的光线分成P偏光和S偏光，所述P偏光被发送给所述动态光束调制单元，所述S偏光被发送给所述固体成像传感器，所述固定成像传感器采集所述S偏光携带的输入光的光学性质，以便于调整所述输入电信号。优选的，所述矩形光斑整形单元包括矩形整形镜，所述矩形光斑整形镜的入射端面和出射端面均为双曲柱面，所述入射端面脊线和所述出射端面的脊线互相垂直。优选的，所述结构载体包括有相互独立且密封的光学仓和电学仓，所述光路结构安装在所述光学仓内，所述光学仓上设置有入射口和出射口，所述控制模块安装在所述电学仓内；所述光学仓的外壁上安装有散热模块。优选的，所述光路结构还包括波片，所述波片安装在所述支撑架上，且所述波片位于所述前光学4f系统与所述动态光束调制单元之间。采用上述技术方案，使得只需要通过改变外部输出信号即可以对出射光场进行调制，从而使出射光场的形态不局限于光路元件的配置，大大提高了出射光场形态可调节性和灵活性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种动态光场发生装置的主视图；图2为本专利技术一种动态光场发生装置的侧视图；图3为本专利技术一种动态光场发生装置中光路结构的示意图；图4为本专利技术一种动态光场发生装置中的电路连接示意图。图中:1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动态光场发生方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1、为经过动态光束调制单元调制并发射的输出光建立空间光场函数Field＝F(P1，P2，P3…Pn)，其中P1，P2，P3…Pn表示的是上述的输出光的各项可调光学性质；为所述空间光场函数F与输入电信号之间建立第一映射函数；为所述空间光场函数F与寻址函数建立第二映射函数；/n步骤2、动态光束调制单元接收输入光以及输入电信号，所述输入光为矩形光束；/n步骤3、根据步骤1中的所述第一映射函数得到光学性质确定的空间光场函数；/n步骤4、根据步骤1中的所述第二映射函数以及步骤3中所述光学性质确定的空间光场函数，得到寻址地址；/n步骤5、动态光束调制单元根据步骤4中获得的所述寻址地址进行寻址，以改变输出光的可调光学特征，从而生成所需的光场。/n

【技术特征摘要】
1.一种动态光场发生方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、为经过动态光束调制单元调制并发射的输出光建立空间光场函数Field＝F(P1，P2，P3…Pn)，其中P1，P2，P3…Pn表示的是上述的输出光的各项可调光学性质；为所述空间光场函数F与输入电信号之间建立第一映射函数；为所述空间光场函数F与寻址函数建立第二映射函数；
步骤2、动态光束调制单元接收输入光以及输入电信号，所述输入光为矩形光束；
步骤3、根据步骤1中的所述第一映射函数得到光学性质确定的空间光场函数；
步骤4、根据步骤1中的所述第二映射函数以及步骤3中所述光学性质确定的空间光场函数，得到寻址地址；
步骤5、动态光束调制单元根据步骤4中获得的所述寻址地址进行寻址，以改变输出光的可调光学特征，从而生成所需的光场。


2.根据权利要求1所述的动态光场发生方法，其特征在于：所述输入电信号为电平信号、开关信号、指令信号中的一种或者多种。


3.根据权利要求1所述的动态光场发生方法，其特征在于：在所述步骤1中，所述映射关系由空间复用相位函数进行定义；在所述步骤2中，动态光束调制单元调用所述空间复用相位函数对所述输入电信号进行处理并生成所述寻址地址。


4.根据权利要求1-3任一项所述的动态光场发生方法，其特征在于：所述输入光通过偏振分光棱镜分成P偏光和S偏光；所述P偏光被发射到所述动态光束调制单元；所述S偏光被发射到固体成像传感器，所述固定成像传感器采集所述S偏光携带的输入光的光学性质，以便于调整所述输入电信号。


5.一种动态光场发生装置，其特征在于：包括结构载体和安装在所述结构载体上的控制模块、交互接口和光路结构；
所述光路结构包括支撑架以及按照光路传播路径依次分布在所述支撑架上的偏振片、矩形光斑整形单元、前光学4f系统、动态光束调制单元和后光学4f系统；所述偏振片用于将入射光束起偏成线偏振光，所述矩形光斑整形单元用于将所述线偏振光整形成矩形光斑，所述前光学4f...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷长志，
申请(专利权)人：上海瑞立柯信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31