專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于消除激光相干性的光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及一種消除激光相干性的光纖。
背景技術(shù)：
通常，激光具有單色性和定向性。利用這種特性，激光被應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如光通 信、精密儀器使用或顯示等。其中，對(duì)于利用激光作為光源的顯示系統(tǒng)和顯示方法的研究尤 其活躍。但是，在利用激光作為光源進(jìn)行圖像顯示時(shí)，由于激光較好的相干性導(dǎo)致激光散 斑(也稱(chēng)為斑點(diǎn)噪聲)的產(chǎn)生。激光散斑是在屏幕上隨機(jī)產(chǎn)生局部亮度不均的現(xiàn)象，這種 激光散斑會(huì)顯著地降低圖像顯示質(zhì)量，因此減少激光散斑是一項(xiàng)重要的任務(wù)。現(xiàn)有技術(shù)中降低激光相干性進(jìn)而減少激光散斑的一種辦法是振動(dòng)傳輸激光的介 質(zhì)，例如利用振動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)振動(dòng)光纖束，在光纖束的出射端激光的相干性能夠得到一定的 降低，但是這樣的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部件多，維護(hù)不方便，且為動(dòng)態(tài)裝置運(yùn)行起來(lái)噪聲大。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靜態(tài)調(diào)制的用于消除激光相干性 的光纖。本發(fā)明提供一種用于消除激光相干性的光纖，所述光纖包括包層和纖芯，所述包 層圍繞在所述纖芯的外側(cè)，所述纖芯內(nèi)部分布有多個(gè)折射率不均勻的區(qū)域。如上所述的光纖，所述折射率不均勻的區(qū)域的尺寸為1-1000微米。如上所述的光纖，所述纖芯的材料為石英。如上所述的光纖，所述折射率不均勻的區(qū)域是熔融后凝固的石英。如上所述的光纖，所述折射率不均勻區(qū)域的形狀為圓形、橢圓形或方形。如上所述的光纖，在所述包層外側(cè)還包括保護(hù)層。另一方面，本發(fā)明提供一種采用根據(jù)如上所述的光纖的三片式DMD激光投影儀。又一方面，本發(fā)明提供一種采用根據(jù)如上所述的光纖的單片式DMD激光投影儀。本發(fā)明的裝置為光纖，其內(nèi)層纖芯分布有折射率不均勻的區(qū)域，這些折射率不均 勻的區(qū)域?qū)θ肷淦渖系募す馐a(chǎn)生散射作用并附加上隨機(jī)相位，從而減弱激光的相干性。


圖1示例性的示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有折射率不均勻區(qū)域的光纖101的結(jié) 構(gòu)及其制備原理；圖2A和圖2B為激光束入射到折射率不均勻的區(qū)域時(shí)的光路變化示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的用于消除激光相干性的光纖的工作原理示意圖；圖4為采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的用于消除激光相干性的光纖的三片式 DMD(Digital Micromirror Device，數(shù)字微鏡裝置)激光投影儀的工作原理示意3
圖5為采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的用于消除激光相干性的光纖的單片式DMD激光 投影儀的工作原理示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 圖1示例性的示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有折射率不均勻區(qū)域的光纖101的 結(jié)構(gòu)及其制備原理。如圖1所示，光纖101由外層的包層(cladding) 102和內(nèi)層的纖芯 (core) 103組成，包層102包住纖芯103形成同心圓柱形狀，纖芯103內(nèi)部分布有多個(gè)折射 率不均勻的區(qū)域105。光纖101為石英光纖，即光纖101的纖芯103由石英制成。在包層102 的外面通常還有加強(qiáng)強(qiáng)度用的樹(shù)脂保護(hù)層，圖1中為了清晰示意，未畫(huà)出樹(shù)脂保護(hù)層。現(xiàn)有 技術(shù)中普通光纖的纖芯折射率是均勻的，并且大于包層102的折射率，這樣使得激光在纖 芯103內(nèi)直線(xiàn)傳播并在纖芯103和包層102的界面反復(fù)發(fā)生全發(fā)射向前傳播。與普通光纖 的纖芯不同的是，根據(jù)本發(fā)明的光纖在纖芯103中所包含的若干折射率不均勻區(qū)域105，其 可以由以會(huì)聚形式入射的外部激光104燒灼而成，外部激光104通常為大功率脈沖激光，例 如脈沖C02激光或脈沖紫外激光，將外部激光104的焦點(diǎn)定位在纖芯103某處，在焦點(diǎn)處由 于能量密度足夠大，在外部激光104的作用下，該處石英會(huì)受熱熔融，而在包層部分，由于 外部激光104的能量密度不夠高，包層并不會(huì)熔融。纖芯103內(nèi)熔融的石英凝固后，形成折 射率與周?chē)睦w芯的折射率有差別的折射率不均勻區(qū)域105。折射率不均勻區(qū)域105的尺 寸約為1-1000微米，并且其內(nèi)部折射率呈現(xiàn)無(wú)規(guī)分布，將外部激光104依照上述方法對(duì)纖 芯103反復(fù)燒灼形成多個(gè)折射率不均勻的區(qū)域105。折射率不均勻區(qū)域105的形狀不限于 規(guī)則的圓形，可以是橢圓形、方形或其他任何不規(guī)則的形狀。當(dāng)然，應(yīng)該理解，纖芯103中的 折射率不均勻區(qū)域105也可以通過(guò)其它方式產(chǎn)生，或者在光纖制備時(shí)直接形成。圖2A和圖2B為激光束入射到折射率不均勻的區(qū)域時(shí)的光路變化示意圖。圖2A 中，當(dāng)激光束201入射到折射率不均勻的區(qū)域203時(shí)，產(chǎn)生反射激光束202和折射激光束 204，兩激光束向不同的方向傳播，其中折射激光束204經(jīng)過(guò)區(qū)域203后，相對(duì)于入射光束被 附加了一個(gè)隨機(jī)相位。圖2B中，激光束211入射到折射率分布不均勻的區(qū)域213上發(fā)生全 反射，并產(chǎn)生方向與入射激光束211不同的反射激光束212。激光束在折射率不均勻區(qū)域的 界面上要發(fā)生全反射，需要滿(mǎn)足幾個(gè)必要條件，一是折射率不均勻區(qū)域在激光入射界面處 的折射率要小于周?chē)鶆騾^(qū)域(環(huán)境介質(zhì)，即光纖纖芯的材料石英)的折射率，二是激光束 的入射角要大于臨界角，事實(shí)上激光在纖芯里折射率不均勻區(qū)域的界面上發(fā)生全反射的比 例是比較少的。所以，入射至折射率不均勻區(qū)域的激光束大部分發(fā)生折射從而附加上隨機(jī) 的相位。圖3為根據(jù)本發(fā)明的用于消除激光相干性的光纖工作原理示意圖。光纖301按照 圖1中所示方式進(jìn)行了處理，其纖芯內(nèi)分布有多個(gè)折射率不均勻的區(qū)域。入射激光束302 以會(huì)聚形式從光纖301的一個(gè)端面進(jìn)入纖芯，激光在光纖301的纖芯內(nèi)遇到折射率不均勻 的區(qū)域時(shí)發(fā)生散射，傳播方向發(fā)生改變并且可能被附加上隨機(jī)的相位，當(dāng)纖芯內(nèi)折射率不 均勻的區(qū)域的密度控制得比較合適的時(shí)候，大部分激光束的傳播方向向前，并在光纖纖芯 和包層的界面發(fā)生全反射向前傳播，很少一部分激光束向后傳播或者穿透纖芯和包層的界 面逃逸出光纖。因此，經(jīng)過(guò)折射率不均勻區(qū)域的作用后，從光纖301的出射端面出射的激光
4束303的相干性相較于入射激光束301已經(jīng)被大為減弱。本發(fā)明裝置不僅可以消相干，同時(shí)也起到了勻場(chǎng)的作用，由于光纖301中不均勻 折射率區(qū)域的散射作用，使得出射激光束303的光照度非常均勻。因此，在激光顯示系統(tǒng)中 使用本發(fā)明裝置，可以省去勻場(chǎng)裝置，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，并且，本發(fā)明裝置為靜態(tài)調(diào)制，無(wú)噪音， 不耗電，是一種環(huán)保的消相干解決方案。應(yīng)用實(shí)例1 圖4為采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的用于消除激光相干性的光纖的三片式 DMD (Digital Micromirror Device，數(shù)字微鏡裝置)激光投影儀的工作原理示意圖。如 圖所示，本實(shí)施例中的激光投影儀包括紅光激光光源401、綠光激光光源402、藍(lán)光激光光 源403、紅光用全內(nèi)反棱鏡404、綠光用全內(nèi)反棱鏡405、藍(lán)光用全內(nèi)反棱鏡406、紅光用DMD 407、綠光用DMD408、藍(lán)光用DMD 409、投影透鏡413、X-cube合色棱鏡414、紅光整形耦合 裝置415、綠光整形耦合裝置416、藍(lán)光整形耦合裝置417、屏幕418、紅光光纖419、綠光光 纖420和藍(lán)光光纖421。其中，紅光光纖419、綠光光纖420和藍(lán)光光纖421均采用本發(fā)明 的實(shí)施例一中所述的用于消除激光相干性的光纖。紅、綠、藍(lán)光激光光源401、402、403發(fā) 出的紅、綠、藍(lán)光分別被紅光整形耦合裝置415、綠光整形耦合裝置416、藍(lán)光整形耦合裝置 417整形，將紅光耦合到紅光光纖419內(nèi)、綠光耦合到綠光光纖420內(nèi)、藍(lán)光耦合到藍(lán)光光 纖421內(nèi)，紅、綠、藍(lán)激光經(jīng)過(guò)各自的光纖后又分別經(jīng)全內(nèi)反棱鏡404、405、406(全內(nèi)反棱 鏡404、405、406分別設(shè)置為能夠全反射來(lái)自各自對(duì)應(yīng)的光纖的激光，而透射來(lái)自各自所對(duì) 應(yīng)的DMD的激光)反射到DMD407、DMD408和DMD409上，上述激光經(jīng)過(guò)DMD407、DMD408和 DMD409的處理形成數(shù)字圖像再次被反射到全內(nèi)反棱鏡404、405、406上，并透射過(guò)全內(nèi)反棱 鏡404、405、406后被聚焦透射到X-cube合色棱鏡414上進(jìn)行合色輸出，然后投射到投影透 鏡413上，經(jīng)投影透鏡413的處理放大到屏幕418上。經(jīng)過(guò)光纖419、420和421的處理，觀 眾可以在屏幕上看到?jīng)]有散斑的清晰的圖像。應(yīng)用實(shí)例2:圖5為采用實(shí)施例1的用于消除激光相干性的光纖的單片式DMD激光投影儀的工 作原理示意圖，包括紅光激光器501、綠光激光器502、藍(lán)光激光器503、整形耦合裝置504、 光纖505、DMD507、全內(nèi)反棱鏡508、投影透鏡509和屏幕506。其中光纖505采用實(shí)施例1 所述的用于消除激光相干性的光纖。紅、綠、藍(lán)激光光源501、502、503發(fā)射的相應(yīng)的紅、綠、 藍(lán)激光經(jīng)整形耦合裝置504整形耦合到光纖505內(nèi)，然后激光入射到全內(nèi)反棱鏡508 (其設(shè) 置為能夠全反射來(lái)自光纖505的激光，而透射來(lái)自DMD507的激光)并被反射到DMD507，經(jīng) 過(guò)DMD507時(shí)分復(fù)用地調(diào)制的紅、綠、藍(lán)激光被投影透鏡509投射到屏幕506上形成圖像。由于通常的激光投影儀均需要利用光纖來(lái)進(jìn)行激光傳導(dǎo)，并在后續(xù)中進(jìn)行消相干 勻場(chǎng)，而將根據(jù)本發(fā)明的光纖用于激光投影儀時(shí)，同時(shí)起到了光纖和消相干勻場(chǎng)裝置的作 用，結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。根據(jù)本發(fā)明的用于消除激光相干性的光纖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，并且采用靜態(tài)調(diào)制 方式，噪聲小、壽命長(zhǎng)。同時(shí)，普通的激光顯示設(shè)備都需要均場(chǎng)裝置，由于根據(jù)本發(fā)明的用于 消除激光相干性的光纖能夠?qū)崿F(xiàn)勻場(chǎng)功能，所以可以省去勻場(chǎng)裝置，故而結(jié)構(gòu)更加緊湊。最后所應(yīng)說(shuō)明的是，本文中所提到的消相干、消除激光相干性并非是指完全消除 激光的相干性，而是使其相干性達(dá)到能夠滿(mǎn)足具體應(yīng)用要求的程度。并且，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技 術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種用于消除激光相干性的光纖，所述光纖包括包層和纖芯，所述包層圍繞在所述纖芯的外側(cè)，其特征在于，所述纖芯內(nèi)部分布有多個(gè)折射率不均勻的區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述折射率不均勻的區(qū)域的尺寸為1-1000 微米。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述纖芯的材料為石英。
4.如權(quán)利要求3所述的光纖，其特征在于，所述折射率不均勻的區(qū)域是熔融后凝固的石英。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，所述折射率不均勻區(qū)域的形狀為圓形、橢圓 形或方形。
6.如權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，在所述包層外側(cè)還包括保護(hù)層。
7.一種采用根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的光纖的三片式DMD激光投影儀。
8.一種采用根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的光纖的單片式DMD激光投影儀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于消除激光相干性的光纖，該光纖包括包層和纖芯，包層圍繞在纖芯的外側(cè)，纖芯內(nèi)部分布有多個(gè)折射率不均勻的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的光纖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，并且采用靜態(tài)調(diào)制方式，噪聲小、壽命長(zhǎng)。同時(shí)，普通的激光顯示設(shè)備都需要均場(chǎng)裝置，由于根據(jù)本發(fā)明的用于消除激光相干性的光纖能夠?qū)崿F(xiàn)勻場(chǎng)功能，所以可以省去勻場(chǎng)裝置，故而結(jié)構(gòu)更加緊湊。
文檔編號(hào)G03B21/00GK101881853SQ20091008348
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月6日
發(fā)明者亓巖, 成華, 畢勇, 王斌, 鄭光 申請(qǐng)人:北京中視中科光電技術(shù)有限公司;中國(guó)科學(xué)院光電研究院