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huangxindong

2010-10-23 23:05

數(shù)字微鏡在激光光束整型中的應用

20世紀70年代初實現(xiàn)了半導體激光器(Laser Diode，LD)的室溫、連續(xù)激射后，開創(chuàng)了半導體激光器發(fā)展的新時期，大功率激光二極管陣列具有電光轉(zhuǎn)換效率高、體積小、功率大、可靠性高、結(jié)構簡單，可制成小體積全固化器件等優(yōu)點，因而在激光照明、泵浦固體激光器或光纖激光器、材料處理、醫(yī)藥、航空航天等領域有著廣闊的應用前景。

大功率激光二極管陣列相對于其他同等功率水平的傳統(tǒng)激光器有很多突出的優(yōu)點，但由于其輸出光束質(zhì)量差，影響了它的直接應用，因此大功率激光二極管陣列的光束整形技術成了人們關注的一個熱點問題。

激光二極管陣列發(fā)出的激光在水平和垂直方向上光束質(zhì)量相差懸殊，存在像散(束腰位置不一致)。正是由于這兩個方向上的光束質(zhì)量的極不均衡性使得LD應用起來比較困難。而且這樣的快慢兩個方向上光束質(zhì)量相差很大的光束無法用一般的光學系統(tǒng)直接改善而達到高功率密度輸出。因此，LD要獲得更廣泛的應用，必須采用光束整形方法，解決光束質(zhì)量差、功率密度低的問題，滿足接收元件(比如光纖、激光晶體)對光斑尺寸、發(fā)散角、甚至光強分布的要求后，才能有效地工作。國外自上世紀80年代末期就已經(jīng)開展了高功率LD陣列的光束整形研究工作，取得了矚目的成績并發(fā)展了一些理論和方法。我國在這方面的研究卻相對較少、起步較晚。

近年來，使用二元光學元件（BOE）進行激光束空間域整形的技術發(fā)展很快，并在實際應用中取得了很大的成績。該技術成功地將橢圓高斯光束變換為均勻圓光束，將半導體激光器的橢圓像散光束準直成整圓并消像散。該方法建立在衍射理論和惠更斯-菲涅耳衍射積分公式基礎上，由光學和計算機技術及精細微加工、微電子技術和光刻技術相互交叉而成。

數(shù)字微鏡器件（DMD）具有衍射效率高、光斑輪廓可調(diào)的特點，并能實現(xiàn)傳統(tǒng)光學難以完成的微小、陣列、集成及任意波面變換等功能，因此在光束整形方面有著廣泛的應用前景。

在相干光照明下，由于數(shù)字微鏡器件(DMD)所具有的二維可控微反射鏡陣列這種特殊結(jié)構及微反鏡繞其對角線（即鏡轉(zhuǎn)軸）轉(zhuǎn)動來控制圖像灰度的工作方式，因此DMD空間調(diào)制的時間積分效果類似于一個非周期結(jié)構的復雜二維光柵；當DMD用作相干光信息處理系統(tǒng)或相干光成像系統(tǒng)的空間調(diào)制器時，其空間調(diào)制特性呈現(xiàn)衍射、反射混合性質(zhì)。

DMD在光束整型方面的應用需要解決以下關鍵問題：

1、微鏡的鎖定問題。DLP構架的DMD系統(tǒng),即使在表達‘黑’和‘白’時，微鏡也不會一直保持在±12度的工作位置，而是每隔一定周期進行一次‘復位運動’，然后再翻轉(zhuǎn)到工作位置。當激光脈沖投射時，微鏡往往在‘抖動’過程中。注意，在一些賣DMD開發(fā)板所說的“將圖像凍住”，并不是指能將微鏡鎖住。
2、需要同步信號。