一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置

技术领域

本发明涉及光学设计技术领域，更具体地说，涉及一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置。

背景技术

激光具有很好的单色性，当一束激光穿过粗糙面时，透射光之间会因激光的相干性发生干涉现象，呈现出光强分布不均匀的明暗相间的激光散斑。为了避免因为激光散斑降低图像质量的问题发生，必须将散斑现象抑制掉。

基于此，本领域技术人员发现被分束后的激光对散斑现象具有有效的抑制作用。

目前虽然有一些可行的分光系统及设备，但大多是通过镀50％反射膜来实现分光。通过镀50％反射膜分光，虽然可以增加分光数目并且使出射光光强相同，但是具有分光系统中独立分光元件多，光路复杂，系统体积大等缺点。比如专利号为：CN 102380712 A的专利内容。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置，技术方案如下：

一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置，所述散斑抑制装置包括：

第一玻璃基底、图形化纳米薄膜、粘接层、间隔子、第二玻璃基底、道威棱镜；

所述第一玻璃基底设置在所述粘接层上，所述粘接层设置在所述第二玻璃基底上，所述图形化纳米薄膜设置在所述第一玻璃基底和所述粘接层之间并紧贴所述第一玻璃基底，所述间隔子设置在所述第一玻璃基底和所述第二玻璃基底之间，所述道威棱镜设置在所述第一玻璃基底上。

相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

本发明提供的基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置，与通过多镀膜分光元件实现分光的装置相比，具有零功耗、静态、体积小等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置的分光示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置的加工流程图；

图3为本发明实施例提供的一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置的图形化纳米薄膜的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

当光源为多束为相干激光时，散斑对比度C

其中，

首先，基于图1-图3而言，对图中的标号含义进行说明，具体如下：

1-第一玻璃基底，2-图形化纳米薄膜，2.1-第一纳米薄膜层，2.2-第二纳米薄膜层，2.3-第三纳米薄膜层，2.(K-2)-第(K-2)纳米薄膜层，2.(K-1)-第(K-1)纳米薄膜层，2.K-第K纳米薄膜层，3-粘接层，4-间隔子，5-第二玻璃基底，6-道威棱镜，7-入射激光束，8.1-第一反射激光束，8.2-第二反射激光束，8.3-第三反射激光束，9.1-第一分光出射激光束，9.2-第二分光出射激光束，9.3-第三分光出射激光束，9.4-第四分光出射激光束。

如图1所示，一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置的分光示意图，所述散斑抑制装置由第一玻璃基底1、图形化纳米薄膜2、粘接层3、间隔子4、第二玻璃基底5、道威棱镜6组成。

所述第一玻璃基底1设置在所述粘接层3上，所述粘接层3设置在所述第二玻璃基底5上，所述图形化纳米薄膜2设置在所述第一玻璃基底1和所述粘接层3之间并紧贴所述第一玻璃基底1，所述间隔子4设置在所述第一玻璃基底1和所述第二玻璃基底5之间，所述间隔子4起支撑的作用，所述道威棱镜6设置在所述第一玻璃基底1上。

其中，所述第二玻璃基底5的厚度在毫米量级，厚度大于破坏入射激光时间相干性需要的最小厚度即可，通常厚度大于0.1mm；所述图形化纳米薄膜2的厚度在波长量级，并且所述图形化纳米薄膜厚度的选取与入射激光的波长有关，通常厚度小于1μm；通过受抑全内反射现象实现分光，最终形成一组光强相同的非相干出射激光束，达到了破坏激光相干性和抑制散斑的目的。

所述第一玻璃基底1与所述第二玻璃基底5采用相同的材料，所述粘接层3使用折射率与所述第一玻璃基底1和所述第二玻璃基底5的折射率相同或近似的(其中，近似的表示：折射率差满足预设阈值的)无影胶(uv胶)填充，使用折射率与所述第一玻璃基底1和所述第二玻璃基底5的折射率相同或近似的(其中，近似的表示：折射率差满足预设阈值的)所述道威棱镜6。

其中，为降低所述入射激光束7入射所述散斑抑制装置、所述若干出射激光束出射所述散斑抑制装置时的能量损失，以及让所述入射激光束7垂直入射所述散斑抑制装置、所述若干所述出射激光束垂直出射所述散斑抑制装置，所述道威棱镜6的左底角角度α与右底角角度α和激光束在所述第二玻璃基底5和所述图形化纳米薄膜2上的反射角角度相等。

其中，全反射临界角公式为：

其中，θ

n

n

具体的，一束线偏振入射激光束7从所述道威棱镜6入射，经过所述第一玻璃基底1、所述粘接层3的多次透射，经过所述第二玻璃基底5的多次全反射，在所述图形化纳米薄膜2发生受抑全内反射现象，最终形成一组光强相同的非相干出射激光束。

如图2所示，一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置的图形化纳米薄膜的加工流程图。

所述图形化纳米薄膜2的加工方式为：

将光刻胶旋涂至第一玻璃基底1，设置好掩模板后进行光刻，使所述光刻胶图形化，再使用光学镀膜机镀厚度为d

在所述第一纳米薄膜层2.1的所述纳米薄膜材料的基础上旋涂所述光刻胶，设置好第二块掩模板后进行曝光，使所述光刻胶图形化，且右侧所述光刻胶掩盖一部分所述第一纳米薄膜层2.1的所述纳米薄膜材料，再使用所述光学镀膜机镀厚度为d

重复以上工艺(K-1)次；在第(K-1)纳米薄膜层2.(K-1)的所述纳米薄膜材料的基础上旋涂所述光刻胶，设置好第K块掩模板后进行曝光，使所述光刻胶图形化，且右侧所述光刻胶掩盖一部分所述第(K-1)纳米薄膜层2.(K-1)的所述纳米薄膜材料，再使用所述光学镀膜机镀厚度为d

最后获得所述第一玻璃基底1镀有阶梯状的所述图形化纳米薄膜2。

将所述第一玻璃基底1上所述图形化纳米薄膜2所在一面与所述第二玻璃基底5对置，将所述间隔子4放置在所述第一玻璃基底1和所述第二玻璃基底5之间，使用折射率与所述第一玻璃基底1和所述第二玻璃基底5折射率相同或近似的所述无影胶(uv胶)填充所述粘接层3，将所述道威棱镜6粘贴至所述第一玻璃基底1上表面。

此时，所述一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置的所需元件组装完成。

需要说明的是，图2中其文字部分以概括性的描述进行图示说明，具体过程还需结合说明书内容进行理解。

如图3所示，一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置的图形化纳米薄膜的结构示意图。

其中，制备完成的所述图形化纳米薄膜2包括：厚度为d

为了能更好的使本领域技术人员了解本发明的创新之处以及效果，作出以下优选的实施例。

其中，所述图形化纳米薄膜2使用的材料为MgF

实施例1：

下面，以K＝3的情况说明如何实现光强相等的非相干光分光。

所述第一玻璃基底1和所述第二玻璃基底5采用二氧化硅材料，所述二氧化硅材料的折射率n

所述道威棱镜6采用左右底角均为75°的道威棱镜，即α＝75°，且所述道威棱镜6使用与所述第一玻璃基底1和所述第二玻璃基底5相同的材料，即二氧化硅，折射率n

一束波长λ＝520nm，能量为I的S偏振入射激光束7垂直于所述道威棱镜6左表面入射，经过所述道威棱镜6、所述第一玻璃基底1、所述粘接层3和所述第二玻璃基底5后达到所述第二玻璃基底5下表面，在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，其中入射角角度和反射角角度均为75°，反射后入射到所述图形化纳米薄膜2。

根据受抑全内反射现象的理论知识，得到关于S偏振光的反射率公式，其中R

其中，θ

不计材料的散射和吸收，则存在：

1-R

和

其中，

其中，d为所述图形化纳米薄膜2的厚度。

经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第一反射激光束8.1经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述图形化纳米薄膜2，经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第二反射激光束8.2经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述图形化纳米薄膜2，经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第三反射激光束8.3经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述第一玻璃基底1，此时反射率R

根据以上数据计算得，所述第一纳米薄膜层3.1的厚度d

其中，所述入射激光束7的相干长度L

其中，λ为所述入射激光7的波长；Δλ为所述入射激光7的发光光谱的线宽。

为使每相邻两束所述出射光束之间的光程差Δl大于所述入射激光束7的相干长度L

Δl＞L

其中

其中，α为所述道威棱镜6的底角角度。

则有

即

则所述第二玻璃基底5和所述间隔子4的厚度h应满足：

h＞0.1801mm

当所述第二玻璃基底5和所述间隔子4的厚度h>0.1801mm时，最终可得到四束能量相等的非相干分光出射激光束(9.1～9.4)。

所述分光出射激光束(9.1～9.4)经所述一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置调制为光强相等的非相干光束，可以将散斑抑制效果最大化。

所述实施例1实现的是一维阵列分光，因为所述一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置具有一定宽度，因此还可以运用所述一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置还可以实现二维阵列分光。

使用单个或一维阵列的激光作为入射光源，可以得到一维阵列或二维阵列的光强相同的非相干出射激光束。

实施例2：

沿所述一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置的宽边平行排列J束一维阵列入射激光束，经过所述一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置分光后可以得到二维阵列的光强相同的非相干出射激光束。

其中，各所述入射激光束的分光原理同实施例1。若所述图形化纳米薄膜2镀有K层所述MgF

将两个所述一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置通过级联的方式组合，第一个所述装置的出射激光束作为第二个所述装置的入射激光束，可以得到二维阵列的光强相同的非相干出射激光束。

实施例3：

将两个所述一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置进行组合，即设置好第一个所述一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置后，将第二个所述一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置的长边沿所述第一组一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置的所述出射激光束的出射方向放置，并使第一个所述装置的所述出射激光束沿第二个所述装置的宽边并且垂直于第二个所述装置的所述道威棱镜6入射，即第一个所述装置的出射激光束作为第二个所述装置的入射激光束，最后可以获得二维阵列的光强相同的非相干出射激光束，达到光束扩展分束的效果。

若所述第一个一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置的所述图形化纳米薄膜2镀有K层所述MgF

下面，以K＝3，Q＝3的情况说明如何实现光强相等的非相干扩展分束。

对于所述第一个一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置，一束波长λ＝520nm，能量为I的S偏振入射激光束7垂直于所述道威棱镜6左表面入射，经过所述道威棱镜6、所述第一玻璃基底1、所述粘接层3和所述第二玻璃基底5后达到所述第二玻璃基底5下表面，在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，其中入射角角度和反射角角度均为75°，反射后入射到所述图形化纳米薄膜2。

经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第一反射激光束8.1经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述图形化纳米薄膜2，经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第二反射激光束8.2经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述图形化纳米薄膜2，经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第三反射激光束8.3经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述第一玻璃基底1，此时反射率R

设所述出射光束能量：

对于所述第二个一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置，以所述第一组一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置的所述出射光束为入射光束,且所述入射光束为P偏振光。

根据受抑全内反射现象的理论知识，得到关于P偏振光的反射率公式，其中R

其中，θ

不计材料的散射和吸收，则有

1-R

其中，

其中，d为所述图形化纳米薄膜2的厚度。

能量为I

经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第一分光出射激光束的第一束子反射激光束经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述图形化纳米薄膜2，经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第一分光出射激光束的第二束子反射激光束经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述图形化纳米薄膜2，经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第一分光出射激光束的第三束子反射激光束经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述第一玻璃基底1，此时反射率R

能量为I

经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第二分光出射激光束的第一束子反射激光束经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述图形化纳米薄膜2，经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第二分光出射激光束的第二束子反射激光束经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述图形化纳米薄膜2，经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第二分光出射激光束的第三束子反射激光束经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述第一玻璃基底1，此时反射率R

能量为I

经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第三分光出射激光束的第一束子反射激光束经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述图形化纳米薄膜2，经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第三分光出射激光束的第二束子反射激光束经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述图形化纳米薄膜2，经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第三分光出射激光束的第三束子反射激光束经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述第一玻璃基底1，此时反射率R

能量为I

经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第四分光出射激光束的第一束子反射激光束经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述图形化纳米薄膜2，经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第四分光出射激光束的第二束子反射激光束经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述图形化纳米薄膜2，经过所述图形化纳米薄膜2分光，反射率R

所述第四分光出射激光束的第三束子反射激光束经过所述粘接层3和所述第二玻璃基底5到达所述第二玻璃基底5下表面，并在所述第二玻璃基底5下表面发生全反射，反射后入射到所述第一玻璃基底1，此时反射率R

设所述出射光束能量：

根据以上数据计算得，所述第二组一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置的所述第一纳米薄膜层3.1的厚度d

当所述第二玻璃基底5和所述间隔子4的厚度h>0.1801mm时，所述出射的16束光束每两束之间的光程差大于所述入射激光束7的相干长度L

需要说明的是，以上所述一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置采用的是反射型结构，此外还可采用透射型结构，但不可脱离本专利范畴。

以上对本发明所提供的一种基于受抑全内反射分光的散斑抑制装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。