專利名稱：一種截取光斑的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光技術領域，具體地說，本發(fā)明涉及一種截取光斑的裝置和方法。
背景技術：
現(xiàn)有技術中，激光光路中一般使用光闌來截取光斑，從而對后續(xù)光路中傳播的光斑形狀進行限制。現(xiàn)有的光闌一般采用金屬材料制作，典型的光闌結構如圖I所示，其小孔形狀根據(jù)需要確定，例如矩形或圓形等。然而，采用現(xiàn)有的光闌來截取光斑時，存在以下缺點
I、光斑經(jīng)過光闌后，內(nèi)部會出現(xiàn)調(diào)制，影響了光束質(zhì)量(如圖2所示)。2、如果想調(diào)整光闌的形狀、大小，只有更換新的光闌，操作十分不便。因此，當前迫切需要一種能夠避免光斑出現(xiàn)內(nèi)部調(diào)制、便于調(diào)整光斑的形狀、大小的截取光斑的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠避免光斑出現(xiàn)內(nèi)部調(diào)制、便于調(diào)整光斑的形狀、大小的截取光斑的裝置和方法。根據(jù)本發(fā)明的ー個方面，本發(fā)明提供了一種截取光斑的裝置，包括遮光體，所述遮光體中具有透光窗ロ(也可稱為透光光闌)，所述透光窗ロ的邊緣處具有過渡帯，該過渡帶中光的透過率逐漸由全透變?yōu)椴煌浮Ｆ渲?，所述截取光斑的裝置包括液晶空間光調(diào)制器，所述透光窗ロ通過在所述液晶空間光調(diào)制器中寫入灰度圖像實現(xiàn)。其中，所述截取光斑的裝置還包括沿著光路依次設置的起偏器、左旋45°轉(zhuǎn)子、右旋45°轉(zhuǎn)子和檢偏器，所述液晶空間光調(diào)制器設置在左旋45°轉(zhuǎn)子和右旋45°轉(zhuǎn)子之間，所述起偏器和檢偏器呈正交放置。其中，所述截取光斑的裝置還包括沿著光路依次設置的起偏器、兩個二分之ー玻片和檢偏器，所述液晶空間光調(diào)制器設置在兩個所述二分之ー玻片之間，所述起偏器和檢偏器呈正交放置。其中，所述起偏器為偏振分光棱鏡或偏振片。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種基于上述截取光斑的裝置的截取光斑的方法，包括下列步驟I)在所述液晶空間光調(diào)制器寫入灰度圖像，該灰度圖像的邊緣處具有過渡帶，該過渡帶中的像素灰度逐漸由最大變?yōu)樽钚。?)使光束通過所述液晶空間光調(diào)制器從而截取光斑。其中，所述步驟I)中，所述灰度圖像的形狀由所期望的截取后光斑形狀確定。其中，所述步驟I)中，所述灰度圖像的尺寸由所期望的截取后光斑尺寸確定。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有下列技術效果
I、本發(fā)明能夠避免光斑出現(xiàn)內(nèi)部調(diào)制。2、本發(fā)明便于調(diào)整所截取光斑的形狀、大小。


圖I示出了現(xiàn)有技術中ー種典型的光闌結構；圖2示出了經(jīng)過現(xiàn)有光闌后內(nèi)部出現(xiàn)調(diào)制的光斑圖像；圖3示出了本發(fā)明ー個實施例 中的截取光斑的裝置；圖4示出了本發(fā)明ー個實施例中寫入液晶空間光調(diào)制器的帶軟化的方形光闌；圖5示出了本發(fā)明ー個實施例中寫入液晶空間光調(diào)制器的帶軟化的圓形光闌；圖6示出了本發(fā)明ー個實施例中寫入液晶空間光調(diào)制器的帶軟化的圓形光闌ー角；圖7示出了本發(fā)明ー個實施例中的CXD上所采集到光斑。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進ー步的描述。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的截取光斑的裝置的光路，參考圖3，該截取光斑的裝置包括沿著光路依次設置的偏振分光棱鏡1(即Polarization Cube Beamsplitter,縮寫為PBS)、左旋45°轉(zhuǎn)子2、液晶空間光調(diào)制器3、右旋45°轉(zhuǎn)子4和偏振分光棱鏡5。本實施例中，第一個PBS起到起偏器的作用(容易理解，PBS也可以用偏振片代替)，它使光的偏振態(tài)水平。左旋45°轉(zhuǎn)子將偏振態(tài)水平的光左旋45° ,這樣可以使光的偏振態(tài)與液晶空間光調(diào)制器的液晶分子長軸成45°，從而使液晶空間光調(diào)制器的振幅調(diào)制達到最大。偏振態(tài)左旋45°的光經(jīng)過液晶空間光調(diào)制器時偏振態(tài)被旋轉(zhuǎn)90°，再由右旋45°轉(zhuǎn)子使光偏振態(tài)轉(zhuǎn)為垂直，最后通過垂直放置的偏振分光棱鏡5 (起到檢偏器的作用)出射。從上述實施例中可以看出，液晶空間光調(diào)制器前后要有一對正交的偏振裝置(即前偏器和檢偏器垂直)?？梢允签`對PBS，也可以是ー對偏振片。前面的偏振裝置負責起偏，水平偏振態(tài)經(jīng)過，后面的偏振裝置負責檢偏，垂直偏振態(tài)經(jīng)過。另外，根據(jù)本發(fā)明的另ー實施例，上述左旋45°轉(zhuǎn)子和右旋45°轉(zhuǎn)子也可以用兩個二分之一波片代替，入射的線偏光與二分之一波片的光軸夾角為22. 5°，同樣能夠起到使光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)45°的效果。在液晶空間光調(diào)制器上可以寫入各種形狀和大小的灰度圖像，當在液晶上寫入的灰度圖像灰度值為O時，對應的透過率為O ;灰度值為255時，透過率最大；灰度值從O到255變化時，透過率由小變大。利用此點，可以制作邊緣帶軟化的光闌。所謂軟化，就是透過率逐漸變化，不像傳統(tǒng)光闌邊緣處直接由全透變?yōu)椴煌?，沒有過渡。圖4和圖5分別示出了寫入液晶空間光調(diào)制器的帶軟化的方形和圓形灰度圖像。圖6示出了放大的寫入液晶空間光調(diào)制器的帶軟化的圓形灰度圖像一角，由此圖可看出該圓形灰度圖像由里到外的軟化過程。將上述灰度圖像寫入液晶空間光調(diào)制器，實際上就在不透光的遮蔽區(qū)中形成了ー個與所寫入的灰度圖像一致的透光窗ロ。并且，該透光窗ロ的邊緣處(即透光窗ロ與遮蔽區(qū)交界處)具有過渡帶，該過渡帶中的透過率逐漸由全透變?yōu)椴煌?，從而形成邊緣帶軟化的光闌。在利用上述截取光斑的裝置截取光斑時，首先，在所述液晶空間光調(diào)制器寫入灰度圖像，該灰度圖像的邊緣處具有過渡帶，該過渡帶中的像素灰度逐漸由最大變?yōu)樽钚?即帶軟化的灰度圖像)；然后使光束通過所述液晶空間光調(diào)制器從而截取光斑。其中，灰度圖像的形狀由所期望的截取后光斑形狀確定?；叶葓D像的尺寸也由所期望的截取后光斑尺寸確定。帶軟化的灰度圖像可以用matlab編程制作也可以通過photoshop繪制而成。容易看出，利用上述實施例的截取光斑的裝置，可以快速、實時的改變光闌的形狀(例如圓形、矩形、菱形等)和大小，光闌的軟化程度也可以根據(jù)情況靈活設置。在實際測試中，當上述實施例的截取光斑的裝置中寫入圖4所示的矩形灰度圖像時，用CCD進行檢測所采集到的光斑如圖7所示，可以看出光斑的質(zhì)量非常好，不存在內(nèi)部調(diào)制現(xiàn)象。發(fā)明人在研究中還發(fā)現(xiàn)，在液晶空 間光調(diào)制器中寫入無過渡帶的矩形灰度圖像時，用CCD進行檢測所采集到的光斑與圖2是一致的，即存在內(nèi)部調(diào)制現(xiàn)象?？梢钥闯?，在截取光斑時，用軟邊代替硬邊能夠避免其出現(xiàn)內(nèi)部調(diào)制。另外，在一個實施例中，需要根據(jù)液晶空間光調(diào)整器的可用面積、像素個數(shù)，把光斑尺寸轉(zhuǎn)換為液晶空間光調(diào)整器的灰度矩陣。例如，若要制作ー個IOmmXlOmm的方光斑，若所用的液晶空間光調(diào)整器的可用面積為26，6mmX20，0mm，像素個數(shù)為832x 624。則1(V (26. 6/832) =313。若用matlab制作光斑，則需寫入ー個313 X 313的灰度矩陣。在一個實施例中，所述液晶空間光調(diào)制器可直接使用市場上的成熟產(chǎn)品。在另ー個實施例中，可按下述基本制作原理制作液晶空間光調(diào)制器在兩片透明電極基板(透過率在90%以上)之間充入IOym左右厚的向列液晶，形成三明治結構，使液晶分子的長軸在基板間發(fā)生90°連續(xù)的扭曲，制成扭曲向列排列的液晶盒。該液晶空間光調(diào)制器工作
原理如下向列扭轉(zhuǎn)液晶(twisted-nematic liquid crystal-TN-LC)分子材料(Sony
LCX-016)，以向列結構排列，在扭曲液晶元件前后表面，分子平行于表面準線。當有光入射時，線性偏振平行于入射面的準線方向，光經(jīng)過光閥后偏振態(tài)被旋轉(zhuǎn)90°。當有電壓加載在TN-LC上吋，分子取向改變直到平行于外加電場。分子取向的改變影響光的偏振態(tài)、元件的光學厚度，不同電壓導致TN-LC的狀態(tài)可以由Jones矩陣來表示，可以預測偏振態(tài)和光場相位。將TN-LC放在兩個正交的偏振片之間可以很容易實現(xiàn)振幅調(diào)制。加電時，在外加電場的作用下，液晶分子的取向?qū)l(fā)生改變，從而使得液晶空間光調(diào)制器的透光率發(fā)生變化。當外加電場增強時，液晶空間光調(diào)制器的透光率也隨之増大，直到外加電場的強度大于液晶空間光調(diào)制器的閾值電壓時，液晶空間光調(diào)制器的透光率將保持最大透光率不變。通過VGA數(shù)據(jù)線導入液晶空間光調(diào)制器灰度數(shù)據(jù)同樣可以控制液晶空間光調(diào)制器的透過率。本系統(tǒng)就是采用固定電壓15V，通過VGA數(shù)據(jù)線，導入灰度圖象實現(xiàn)光閥透過率的控制。另外，雖然上述實施例均采用液晶空間光調(diào)制器來制作邊緣帶軟化的光闌，但基于前文的描述，本領域技術人員易于理解，本發(fā)明的邊緣帶軟化的光闌并不限于液晶空間光調(diào)制器，只要具有ー個遮光體，在該遮光體的遮蔽區(qū)中形成透光窗ロ，該透光窗ロ的邊緣處具有過渡帶，該過渡帶中的透過率逐漸由全透變?yōu)椴煌福纯尚纬蛇吘墡к浕墓怅@。另外，上述實施例中，邊緣處具有過渡帶的透光窗ロ的軟化因子可以靈活選擇，例如可以結合實驗，利用CCD采集光斑，根據(jù)所采集的光斑圖像對軟化因子進行合理選擇。其中，軟化因子是光強度由全強度口徑處至零強度口徑處的幾何間距與光零強度口徑的比值。最后，上述的實施例僅用來說明本發(fā)明，它不應該理解為是對本發(fā)明的保護范圍進行任何限制。而且，本領域的技術人員可以明白，在不脫離上述實施例精神和原理下，對上述實施例所進行的各種 等效變化、變型以及在文中沒有描述的各種改進均在本專利的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種截取光斑的裝置,包括遮光體,所述遮光體中具有透光窗ロ，所述透光窗ロ的邊緣處具有過渡帶，該過渡帶中光的透過率逐漸由全透變?yōu)椴煌浮?br> 2.根據(jù)權利要求I所述的截取光斑的裝置，其特征在于，所述截取光斑的裝置包括液晶空間光調(diào)制器，所述透光窗ロ通過在所述液晶空間光調(diào)制器中寫入灰度圖像實現(xiàn)。
3.根據(jù)權利要求2所述的截取光斑的裝置，其特征在于，所述截取光斑的裝置還包括沿 著光路依次設置的起偏器、左旋45°轉(zhuǎn)子、右旋45°轉(zhuǎn)子和檢偏器，所述液晶空間光調(diào)制器設置在左旋45°轉(zhuǎn)子和右旋45°轉(zhuǎn)子之間，所述起偏器和檢偏器呈正交放置。
4.根據(jù)權利要求2所述的截取光斑的裝置，其特征在于，所述截取光斑的裝置還包括沿著光路依次設置的起偏器、兩個二分之ー玻片和檢偏器，所述液晶空間光調(diào)制器設置在兩個所述二分之ー玻片之間，所述起偏器和檢偏器呈正交放置。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的截取光斑的裝置，其特征在于，所述起偏器為偏振分光棱鏡或偏振片。
6.ー種基于權利要求2所述的截取光斑的裝置的截取光斑的方法，其特征在于，包括下列步驟 1)在所述液晶空間光調(diào)制器寫入灰度圖像，該灰度圖像的邊緣處具有過渡帶，該過渡帶中的像素灰度逐漸由最大變?yōu)樽钚。? 2)使光束通過所述液晶空間光調(diào)制器從而截取光斑。
7.根據(jù)權利要求6所述的截取光斑的方法，其特征在于，所述步驟I)中，所述灰度圖像的形狀由所期望的截取后光斑形狀確定。
8.根據(jù)權利要求6所述的截取光斑的方法，其特征在于，所述步驟I)中，所述灰度圖像的尺寸由所期望的截取后光斑尺寸確定。
全文摘要
本發(fā)明提供一種截取光斑的裝置，包括遮光體，所述遮光體中具有透光窗口，所述透光窗口的邊緣處具有過渡帶，該過渡帶中光的透過率逐漸由全透變?yōu)椴煌?。本發(fā)明還提供了相應的截取光斑的方法。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明能夠避免光斑出現(xiàn)內(nèi)部調(diào)制。
文檔編號G02B27/09GK102692749SQ20121017712
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權日2012年5月31日
發(fā)明者唐熊忻, 樊仲維, 邱基斯 申請人:北京國科世紀激光技術有限公司