專利名稱：一種用于觀察光斑方位變換的裝置和光束整形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及光電子與激光技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種用于觀察光斑方位變換的裝置和光束整形方法。
背景技術(shù)：
大型復(fù)雜激光器中往往有眾多的諸如轉(zhuǎn)子、波片、全反鏡等光學(xué)元件，這些元件會使光斑發(fā)生翻轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)。為方便描述，本發(fā)明將光斑的翻轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)稱為光斑的方位變換。目前，還沒有輔助觀察這種光斑的方位變換的裝置，一般只能直接觀察輸出光斑和初始光斑，然后推測輸出光斑相對于初始光斑的方位變換關(guān)系。然而，光斑的形狀往往是對稱的，對于此類光斑，很難通過直接觀察得出其方位變換關(guān)系。圖I示出了初始光斑和輸出光斑的一個(gè)實(shí)例，其中左側(cè)圖為進(jìn)入激光器的初始光斑，右側(cè)圖為CCD在激光器出口采集到的輸出光斑，顯然，這個(gè)例子中，通過直接觀察，很難看出光斑發(fā)生了怎樣的方位變換。 所以，當(dāng)前迫切需要一種能夠使觀察光斑方位變換更加簡單的輔助裝置以及相應(yīng)的觀察光斑方位變換的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種能夠使觀察光斑方位變換更加方便的輔助裝置。本發(fā)明的目的之二是提供一種基于用于觀察光斑方位變換的裝置的光束整形方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于觀察光斑方位變換的裝置，包括透光體，所述透光體中具有多個(gè)遮光孔，并且所述多個(gè)遮光孔組成不對稱的圖案。其中，所述透光體中具有四個(gè)遮光孔，其中三個(gè)遮光孔分別處于另一遮光孔的不同方向的位置，且所述的三個(gè)遮光孔與另一遮光孔的距離各不相同。其中，所述四個(gè)遮光孔中，第二遮光孔處于第一遮光孔的右側(cè)位置，第三遮光孔處于第一遮光孔的下側(cè)位置，第四遮光孔處于第一遮光孔的對角位置。其中，所述第二遮光孔與第一遮光孔的距離顯著區(qū)別于第三遮光孔與第一遮光孔的距離。其中，所述透光體的透光區(qū)與遮光圓孔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?。其中，透光區(qū)與遮光圓孔的邊緣處具有過渡帶的所述透光體由寫入灰度圖像的液晶空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)。其中，所述用于觀察光斑方位變換的裝置還包括沿著光路依次設(shè)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(shè)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，所述用于觀察光斑方位變換的裝置還包括沿著光路依次設(shè)置的起偏器、兩個(gè)二分之一玻片和檢偏器，所述液晶空間光調(diào)制器設(shè)置在兩個(gè)所述二分之一玻片之間，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，本發(fā)明提供了一種基于用于觀察光斑方位變換的裝置的光束整形方法，包括下列步驟I)利用所述的用于觀察光斑方位變換的裝置，獲得輸出光斑相對于初始光斑的方位變換關(guān)系；2)調(diào)整初始光斑各區(qū)域的強(qiáng)度分布，使得輸出光 斑對應(yīng)的區(qū)域的光強(qiáng)發(fā)生相應(yīng)的改變，從而實(shí)現(xiàn)光束的空間整形。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)效果I、本發(fā)明能夠方便、快速、準(zhǔn)確地得出復(fù)雜激光器(或激光系統(tǒng))的輸出光斑相對于初始光斑的方位變換關(guān)系。2、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)光束空間整形，且整形效果好、速度快、操作方式簡便。


圖I示出了初始光斑和輸出光斑的一個(gè)實(shí)例；圖2示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于觀察光斑方位變換的裝置的平面示意圖；圖3 (a)至(h)示出了使初始光斑通過圖2的光闌后所得輸出光斑的各種情形的示意圖；圖4示出了輸出光斑在一個(gè)維度上變長的情況的示意圖；圖5示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中遮光孔邊緣處具有過渡帶的示意圖；圖6示出了本發(fā)明中一個(gè)遮光圓孔的邊緣處具有過渡帶的用于觀察光斑方位變換的裝置的實(shí)現(xiàn)方案的光路示意圖；圖7示出了本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的遮光孔所組成的不對稱的圖案。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步地描述。圖2示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于觀察光斑方位變換的裝置的平面示意圖，如圖2所示，該裝置整體上是一個(gè)方形的透光體，在該透光體中具有四個(gè)遮光圓孔，形成一個(gè)光闌。具體的，如圖2所示，方形光闌的邊長為L，第一圓孔I圓心到兩條臨邊(兩條臨邊是指方形的透光體的靠近所述圓孔的兩條邊，下文中不再贅述)的距離H=L/4，第二圓孔2在第一圓孔I的右側(cè)位置，且第二圓孔2圓心到第一圓孔I圓心的距離K=L/2，第二圓孔2圓心到兩條臨邊的距離H=L/4，第四圓孔4在第一圓孔I的對角位置，且第四圓孔4圓心到兩條臨邊的距離也為H，第三圓孔3在第一圓孔I的下側(cè)位置，且第三圓孔3圓心到第一圓孔I圓心的距離為K/2?？梢钥闯?，第二圓孔2、第三圓孔3、第四圓孔4分別位于第一圓孔I的不同方向的位置處，且第二圓孔2、第三圓孔3、第四圓孔4與第一圓孔I的距離各不相同，這樣這四個(gè)圓孔就可以組成一個(gè)不對稱的圖案。使初始光斑通過該光闌，所得的輸出光斑中將會出現(xiàn)對應(yīng)于所述第一圓孔I、第二圓孔2、第三圓孔3、第四圓孔4的四個(gè)黑斑，根據(jù)這四個(gè)黑斑所指示的方向，即可得出輸出光斑相對于初始光斑的方位變換關(guān)系。圖3 (a)至(h)示出了使初始光斑通過圖2的光闌后所得輸出光斑的各種情形的示意圖。一般地，使初始光斑通過圖2的光闌，經(jīng)過大型復(fù)雜激光器，再由CCD采集得到輸出光斑。該輸出光斑主要存在八種情形，其中，圖3 (a)為光斑方位沒發(fā)生變換的輸出光斑示意圖，圖3 (b)為光斑順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°的輸出光斑示意圖，圖3 (c)為光斑順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°的輸出光斑示意圖，圖3 (d)為光斑逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°的輸出光斑示意圖，圖3 (e)為光斑左右翻轉(zhuǎn)的輸出光斑示意圖，圖3 (f)為光斑上下翻轉(zhuǎn)的輸出光斑示意圖，圖3 (g)為光斑左右翻轉(zhuǎn)再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°的輸出光斑示意圖，圖3 (h)為光斑左右翻轉(zhuǎn)再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90。的輸出光斑示意圖。容易理解，只要判斷出輸出光斑屬于圖3 (a)至(h)中的哪種，即可方便、快速、準(zhǔn)確地得出輸出光斑相對于初始光斑的方位變換關(guān)系。光斑在大型復(fù)雜激光器中長距離傳輸后，有時(shí)會出現(xiàn)輸出光斑在一個(gè)維度上變長的情況，如圖4所示。上述實(shí)施例中，由于第一圓孔I圓心到第二圓孔2圓心的距離與第一圓孔I圓心到第三圓孔3圓心的距離有顯著的差別，因此，即便光斑在一個(gè)維度上變長，仍然能夠方面地判斷出輸出光斑中四個(gè)黑斑的關(guān)系(即方便地區(qū)分出第一圓孔I至第二圓孔2和第一圓孔I至第三圓孔3這兩個(gè)方向)，從而快速準(zhǔn)確地觀察光斑方位發(fā)生了什么變換。當(dāng)然，在另一個(gè)實(shí)施例中，也可以在第一圓孔I和第二圓孔2之間增加一個(gè)圓孔，這樣同樣 可以區(qū)分出第一圓孔I至第二圓孔2和第一圓孔I至第三圓孔3這兩個(gè)方向。需要說明的是，在其它實(shí)施例中，只要第一圓孔I圓心到第二圓孔2圓心的距離與第一圓孔I圓心到第三圓孔3圓心的距離存在區(qū)別即可，在輸出光斑不變形的情況下，也能達(dá)到準(zhǔn)確觀察光斑方位變換的效果。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述透光體的透光區(qū)與遮光圓孔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?，如圖5所示。這樣使得遮光圓孔的邊緣處被軟化，能夠抑制或避免光斑內(nèi)部出現(xiàn)衍射條紋，從而使得輸出光斑更加便于觀察。在具體實(shí)現(xiàn)上，所述透光體可由液晶空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)，通過在液晶空間光調(diào)制器寫入圖像可以方便地實(shí)現(xiàn)其遮光圓孔邊緣處的過渡帶。另外，光闌的邊長，圓孔的半徑都可以根據(jù)入射光斑的大小隨意快捷的修改。圖6示出一個(gè)遮光圓孔的邊緣處具有過渡帶的用于觀察光斑方位變換的裝置的實(shí)現(xiàn)方案的光路示意圖。參考圖6，該用于觀察光斑方位變換的裝置包括沿著光路依次設(shè)置的偏振分光棱鏡I (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。其中，通過在液晶空間光調(diào)制器3中寫入圖像可以方便地形成其中具有多個(gè)遮光孔的透光體，并且所述多個(gè)遮光孔組成不對稱的圖案。該實(shí)施例中，第一個(gè)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(dá)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(shí)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(shí)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)?？梢允且粚BS，也可以是一對偏振片。前面的偏振裝置負(fù)責(zé)起偏，水平偏振態(tài)經(jīng)過，后面的偏振裝置負(fù)責(zé)檢偏，垂直偏振態(tài)經(jīng)過。另外，根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，上述左旋45°轉(zhuǎn)子和右旋45°轉(zhuǎn)子也可以用兩個(gè)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。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解，本發(fā)明中透光體不限于方形，遮光孔也不限于圓形(例如可以為方形)。并且，遮光孔的個(gè)數(shù)和位置組合也可以不同于上述實(shí)施例，只要多個(gè)遮光孔組成不對稱的圖案，即可達(dá)到輔助觀察光斑方位變換關(guān)系的目的。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述不對稱的圖案需滿足以下要求該圖案的原始狀態(tài)、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°、左右翻轉(zhuǎn)、上下翻轉(zhuǎn)、左右翻轉(zhuǎn)再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°、左右翻轉(zhuǎn)再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°等八種狀態(tài)各不相同，例如圖2、圖7所示的圖案。這樣能夠幫助觀察著更加準(zhǔn)確地判斷光斑方位變換關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種基于上述用于觀察光斑方位變換的裝置的光束整形方法。為便于理解，先結(jié)合圖I對光束整形進(jìn)行說明。參考圖1，從圖I右圖可以看出，輸出光斑的四個(gè)角較亮(而四個(gè)角亮的程度和區(qū)域也不同)，而中間區(qū)域較暗，如果想得到整個(gè)區(qū)域亮度均勻的光斑就需要對光束進(jìn)行空間整形。如果得出初始光斑與C⑶采集到的所輸出光斑的方位變換關(guān)系，即可以通過改變初始光斑的強(qiáng)度分布，控制CCD上亮度高的地方所對應(yīng)的初始光斑的區(qū)域變暗，從而達(dá)到對光束進(jìn)行空間整形的目的。結(jié)合前文分析，本實(shí)施例的光束整形方法包括下列步驟I)利用所述的用于觀察光斑方位變換的裝置，獲得輸出光斑相對于初始光斑的方位變換關(guān)系；2)調(diào)整初始光斑各區(qū)域的強(qiáng)度分布，使得輸出光斑對應(yīng)的區(qū)域的光強(qiáng)發(fā)生相應(yīng)的改變，從而實(shí)現(xiàn)光束的空間整形。另外，本實(shí)施例的光束整形方法可以配合其它光束整形方法使用，用本實(shí)施例的方法對輸出光束先做初步整形，再用其它光束整形方法對光束做進(jìn)一步空間整形，能夠達(dá)到很好的效果。與現(xiàn)有的光束整形技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)效果。I、整形效果好；整形后的效果用近場調(diào)制度來衡量，近場調(diào)制度=采集光斑灰度的最大值/采集光斑灰度的平均值。采用本發(fā)明整形后近場調(diào)制度可達(dá)到I. 2左右，一般的整形技術(shù)近場調(diào)制度在I. 4左右。2、整形速度快；3、整形操作方式簡單。最后，上述的實(shí)施例僅用來說明本發(fā)明，它不應(yīng)該理解為是對本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行任何限制。而且，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以明白，在不脫離上述實(shí)施例精神和原理下，對上述實(shí)施例所進(jìn)行的各種等效變化、變型以及在文中沒有描述的各種改進(jìn)均在本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于觀察光斑方位變換的裝置，其特征在于，包括透光體，所述透光體中具有多個(gè)遮光孔，并且所述多個(gè)遮光孔組成不對稱的圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于觀察光斑方位變換的裝置，其特征在于，所述透光體中具有四個(gè)遮光孔，其中三個(gè)遮光孔分別處于另一遮光孔的不同方向的位置，且所述的三個(gè)遮光孔與另一遮光孔的距離各不相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于觀察光斑方位變換的裝置，其特征在于，所述四個(gè)遮光孔中，第二遮光孔處于第一遮光孔的右側(cè)位置，第三遮光孔處于第一遮光孔的下側(cè)位置，第四遮光孔處于第一遮光孔的對角位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于觀察光斑方位變換的裝置，其特征在于，所述第二遮光孔與第一遮光孔的距離顯著區(qū)別于第三遮光孔與第一遮光孔的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的用于觀察光斑方位變換的裝置，其特征在于，所述透光體的透光區(qū)與遮光圓孔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> 6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于觀察光斑方位變換的裝置，其特征在于，所述透光體由寫入灰度圖像的液晶空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于觀察光斑方位變換的裝置，其特征在于，所述用于觀察光斑方位變換的裝置還包括沿著光路依次設(shè)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(shè)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。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于觀察光斑方位變換的裝置，其特征在于，所述用于觀察光斑方位變換的裝置還包括沿著光路依次設(shè)置的起偏器、兩個(gè)二分之一玻片和檢偏器，所述液晶空間光調(diào)制器設(shè)置在兩個(gè)所述二分之一玻片之間，所述起偏器和檢偏器呈正交放置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8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。
10.一種基于權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的用于觀察光斑方位變換的裝置的光束整形方法，其特征在于，包括下列步驟 .1)利用所述的用于觀察光斑方位變換的裝置，獲得輸出光斑相對于初始光斑的方位變換關(guān)系； .2)調(diào)整初始光斑各區(qū)域的強(qiáng)度分布，使得輸出光斑對應(yīng)的區(qū)域的光強(qiáng)發(fā)生相應(yīng)的改變，從而實(shí)現(xiàn)光束的空間整形。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于觀察光斑方位變換的裝置，其特征在于，包括透光體，所述透光體中具有多個(gè)遮光孔，并且所述多個(gè)遮光孔組成不對稱的圖案。本發(fā)明還提供了基于所述用于觀察光斑方位變換的裝置的光束整形方法。本發(fā)明能夠方便、快速、準(zhǔn)確地得出復(fù)雜激光器(或激光系統(tǒng))的輸出光斑相對于初始光斑的方位變換關(guān)系。并且，本發(fā)明能夠方便地實(shí)現(xiàn)光束空間整形。
文檔編號G02B27/28GK102879905SQ20121034016
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者邱基斯, 樊仲維, 唐熊忻 申請人:北京國科世紀(jì)激光技術(shù)有限公司