[发明专利]一种基于液晶几何相位调制的激光阵列光源

说明书

本发明公开了一种基于液晶几何相位调制的激光阵列光源。其基于液晶分子的几何相位调制原理，通过操纵液晶分子的主轴排布方向设计了几何相位阵列光栅。该光栅对入射光束的偏振态不敏感，可为任意偏振态的基模高斯光束引入0‑π二值化几何相位调制，进而将其转化为高维激光光束阵列。本发明的激光阵列光源采用金属套筒整体固定几何相位阵列光栅等光学元件，整体结构紧凑，且具有良好的稳定性。本发明结构可靠，易于控制，可作为新型阵列结构光源广泛应用于激光阵列雷达、面容识别、多点加工、显微成像等前沿应用领域，相比现有技术具有较大进步。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种基于液晶几何相位调制的激光阵列光源。

背景技术

激光阵列是一种由多束相同或不同的激光束在接收平面以一定位置规律排布的特殊光场。作为一种新型结构激光场，激光阵列在面阵激光雷达、面容识别、高功率激光合成、多点加工、显微成像、医疗等领域具有重要的应用价值。早期的激光阵列一般采用多个激光器按一定规律排布的方式直接生成，系统庞大且复杂。后来，随着衍射光学的发展，人们设计了包括纯相位光栅、数字微透镜反射阵列、液晶空间光调制器、超颖表面等衍射器件，将一束激光衍射成多束激光以构成激光阵列，使得整个系统大大简化，系统稳定性显著提升。但这种方法其仍面临着由分辨率不佳而导致的无法生成高维光束阵列的问题。现有的报道一般生成7×7及以下的激光光束阵列，对于更高维度的光束阵列鲜有报道。然而，在部分应用如激光面阵雷达、面容识别等前沿应用技术中，需要生成的激光光束阵列的维度应尽可能高，且同时还应具有良好的阵列均匀度、衍射效率等。此外，阵列光源还应尽可能小型化，以适应多种应用场景。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种基于液晶几何相位调制的激光阵列光源，其可生成高维激光光束阵列，且阵列中各个光束的强度相同。

本发明的激光阵列光源基于液晶分子的几何相位调制原理，通过激光直写技术，操纵玻璃基片上液晶分子的主轴排布，而后固化定型获得几何相位阵列光栅，利用液晶分子的双折射特性，为入射基模高斯光束引入0-π二值化几何相位调制，进而将基模高斯光束转化为高维激光阵列。其中，相位分布函数根据目标阵列光场的特性经优化算法计算分析得到。由于本发明的几何相位阵列光栅的几何相位分布被设计为0-π二值化，使得其对入射基模高斯光束的偏振态不敏感，即无需采用特定偏振态的基模高斯光束入射即可生成激光阵列，这与传统的几何相位调制器件不同。

本发明的一种基于液晶几何相位调制的激光阵列光源，具备半导体激光模块、单模光纤、光纤转接板、透镜、几何相位阵列光栅和金属套筒，其中：

所述半导体激光模块用于产生基模高斯光束；

所述单模光纤的一端与半导体激光模块的输出端相连，用于传输半导体激光模块所产生的激光；

所述光纤转接板与单模光纤的另一端相连，用于将单模光纤中的基模高斯光束耦合到自由空间中；

所述透镜置于光纤转接板后方的激光光路中，用于将基模高斯光束准直；

所述几何相位阵列光栅置于透镜后方的激光光路中，用于将基模高斯光束衍射为多个激光束，并分别以不同的衍射角度射出，以生成激光阵列；

所述金属套筒用于依次固定光纤转接板、透镜和几何相位阵列光栅，以使这些器件稳定固定且同光轴，满足多种不同工程场景的应用需求。

本发明具有以下有益效果：

1)本发明的几何相位阵列光栅基于液晶分子的几何相位调制原理，通过操纵玻璃基片上液晶分子的主轴排布，而后固化定型获得，具有分辨率高、稳定性高、抗损伤阈值高等特点，可有效的将基模高斯光束转化为激光阵列；

2)本发明的基于液晶几何相位调制的激光阵列光源，采用金属套筒整体固定光纤转接板、透镜和几何相位阵列光栅，具有良好的稳定性。

附图说明