[发明专利]一种用于光束消相干的元件

说明书

本发明提出了一种用于消除光束相干的元件，元件光学介质材料包括微晶玻璃，其中的微小晶体颗粒大小为0.1‑1000nm，呈现随机分布，由于微晶玻璃中的晶体能改变光束的相位，因此微晶玻璃对光束产生随机改变相位的作用，从而实现消除光束相干的效果，而微晶玻璃晶体尺寸小，不会影响光束传输效率，使用中仅需在光束传输中增加本发明元件，即可实现光束消相干，结构简单、使用方便。

技术领域

本发明属于一种用于光束消相干的元件，具体的，利用组成元件的微晶材料中的晶相随机改变光束的相位。

背景技术

激光具有亮度高、准直性好、单色性好等优点，被应用于各个领域，如通信、探测、工业加工、传感、显示等。近些年，随着投影显示，虚拟现实等发展的带动，激光作为光源在扫描成像显示系统和激光投影成像显示系统方面成为显示领域的主流方向，激光作为光源可实现大屏幕、高亮度、全色域的显示，所集成的系统也具有体积小、重量轻、功耗小、显示质量高、无电磁辐射等优点。

然而，当激光作为光源时，存在一个不可忽视的缺陷，就是激光照射到粗糙物体表面上会形成激光散斑。激光投影显示屏幕上的激光散斑条纹严重影响了屏幕上的成像质量，降低了图像的清晰度、分辨率和对比度，还会在屏幕上形成无规律的颜色闪烁现象，很容易造成人眼疲劳。因此，消除或降低散斑是激光投影显示中需要重点解决的关键技术之一。造成这一现象的原因除了本身光学系统带来的像面散斑之外，主要还是由激光的相干性导致，所以消相干技术是激光显示行业中研究的重点。

目前几种典型的消相干的技术有：旋转相位片、转动或振动传输光纤、振动屏幕法。采取的都是动态振动的方法降低激光的相干性，这样的装置相对比较复杂，长期运行后需要校准，维护难度大、成本较高。专利200910083485.4提出一种静态的激光消相干技术，该专利提出使用特殊的折射率分布光纤，具体表现为光纤的纤芯内部分布多个折射率不均匀的区域，尺寸为1-1000微米，形状为圆形、椭圆形或者方形，利用光的散射改变光程差，从而在光纤出射端激光的相位分布相对随机。使用光纤调制的方法噪声小、寿命长。然而，使用目前的光纤制备技术制备出这样的光纤难度相当之高，颗粒尺寸无法较为准确地控制，纤芯内部折射率不均匀的区域个数及分布也不可控，直接体现的结果就是影响光纤对位相改变效果。专利CN2629056Y则公开了一种消干涉激光扩束器，采用乳化微晶玻璃球和椭球反射镜、反射镜、准直透镜等装置，将激光进行无规则地反射和折射，从而消除了激光干涉。然而，一方面，由于此装置采用了乳化微晶玻璃球，其改变了激光束的前进方向，激光束从乳化微晶玻璃球的各个方向射出，因此需要增加椭球反射镜、反射镜和椭球透镜等光学元件将光束重新调整为准直光，结构复杂、尺寸较大；另一方面，由于采用乳化微晶玻璃，光束传输效率被降低。故此消干涉激光扩束器有结构复杂、传输效率差等缺点。

发明内容

针对上述的问题，本发明提出了一种用于光束消相干的元件。

所述元件的光学介质材料包括微晶玻璃，也可以同时包括其他常见的光学介质材料，包括玻璃、晶体、塑料。

所述微晶玻璃是复合材料，其中同时存在晶相和玻璃相。

微晶玻璃中的晶相的内部结构中质点是序排列，而玻璃相的内部结构中质点是远程无序排的。

微晶玻璃中的晶相和玻璃相对光束的折射率不同。

所述其中晶相的微小晶体颗粒大小为0.1-1000nm，且呈现随机分布。

当多条光束通过所述微晶玻璃中的晶体时，微晶玻璃中的晶体对光束具有产生随机改变光束的相位且不改变光束的整体传输方向的作用，避免光束的干涉，即消除光束的相干性。

所述微晶玻璃中的晶相颗粒的尺寸测量包括采用X射线衍射和谢乐公式(Debye-Scherrer)推算、透射电子显微镜观测测量、扫描电子显微镜观测测量。