专利名称：一种阵列分束方法
技术领域：
本发明属于光学器件与技术领域，涉及一种阵列分束的方法，具体的说就是利用几何光 学的方法，将一束平行光分成平行光束阵列的方法。
背景技术：
分束器是把输入光束分成一维或二维阵列光束或光斑的器件，广泛应用于光通信、光计 算、光存储、光电技术、图象处理、精密测量及工业检测等领域。传统的分束器主要利用折 射和反射来实现分光，难以产生三束以上的分光，当产生三束以上分光时，得到的多光束均 匀较性差，能量利用率较低，因此要产生三束以上光束的分束器，大多都采用二元光学的方 法来实现。二元光学是基于光波的衍射理论，利用计算机辅助设计，在片基上刻蚀产生多个 台阶深度的浮雕结构，形成纯位相、同轴再现的一类衍射光学元件。目前二元光学器件在设 计上已不成困难，但其加工难度大，加工精度难以保证，往往设计结果跟实际制作的器件差 距较大，比如实际制作的二元光学分束器产生的多光束，经常会产生一些旁瓣等，影响实际 使用。
发明内容
为克服现有分束方法的不足，本发明提供一种阵列分束方法。 本发明的阵列分束方法包括下列内容
一束平行光经多光束产生器件变为多束平行光束，多束平行光束再经多光束能量均匀化 组件处理变为一列能量均匀的平行光束；能量均匀的平行光束依次经过另一套多光束产生器
件和多光束能量均匀化组件，每束平行光再变为一列平行光束，得到能量均匀的平行光束阵 列。
本发明中的多光束产生器件为一片三面镀膜的平板玻璃，平板玻璃入射面镀增透膜，上 表面镀高反膜，下表面镀全反膜。
本发明中的多光束能量均匀化组件由两面镀膜的平板玻璃和三片全反镜组成，平板玻璃 的上表面镀增透膜，下表面镀一定反射系数的反射膜。
本发朋利用镀膜的平板玻璃把一束平行光分成lxN束平行光，再用一个能量均匀化组件 将这N束光的能量进行均匀化处理，然后再经过平板玻璃将得到的N束光分成NxN光束阵列，
再经一个能量均匀化组件进行能量的均匀化，最后得到能量比较均匀的NxN光束阵列。本发明中的多光束产生器件由一片三面镀膜的平板玻璃组成，平板玻璃的上表面镀高反 膜，下表面镀全反膜，在入射端加工一个垂直于入射方向的入射面，在入射面上镀增透膜。 高反膜的反射系数、平板玻璃的厚度、长度和宽度可以根据实际需要来灵活设计。平行光由 入射面进入多光束产生器件，将被分成一列N束平行光束，它们的能量逐渐减弱，能量均匀 性差。
本发明中的多光束能量均匀化组件由一片两面镀膜的平板玻璃和三片全反镜组成，平板 玻璃的上表面镀增透膜，下表面镀一定反射系数的反射膜。反射膜的反射系数、三片全反镜 的尺寸、安装位置及角度需考虑实际需要来设计。当N束平行光束进入多光束能量均匀化组 件，能量被重新分配，得到能量比较均匀的N束平行光束。
将得到的N束平行光束再依次经过上述多光束产生器件和多光束能量均匀化组件，每条 光束再被分成N束平行光束，就得到NxN束能量比较均匀的平行光束阵列。
本发明采用几何光学的方法分光，所用元件全采用平面结构的光学元件，加工工艺成熟， 加工精度能够得到保证。采用本发明的方法能够实现不同数目、不同空间间隔的阵列分束器 制作。
本发明产生的多光束，以平行光束阵列的形式传播，便于不同距离的传输和变换。 本发明产生的多光束阵列，中间部分能量略低，边缘部分能量略高，这有利于提高某些
应用场合的照明均匀性，比如将该多光束整体扩束后照明，或者经散射体或长距离的大气散
射后照明等，可以得到比较均匀的照明效果。本发明可应用于高速摄影中，提高激光照明的
照明均匀性和减小散斑的影响。
图1本发明实施例的阵列分束光路图
图2本发明中的多光束产生器件的结构及光路图 '
图3本发明中的多光束能量均匀化组件的结构原理及光路图
图4本发明实施例的多光束的相对光强分布图
图5本发明实施例的均匀化后多光束的相对光强分布图
图中，1.多光束产生装置 2.平板玻璃 全反镜(3、 4、 5) 6.入射面 7. 平板玻璃的上表面 8.平板玻璃的下表面 入射光束(9、 10、 11) 反射光束(9'、 10'、 11')具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但不应限制本发明的保护范围。 从图l可以看出，图l是lxN阵列分束的光路图。
当平行光由入射面进入多光束产生器件1，光束将被多光束产生器件1的上、下表面来 回反射，形成多光束出射。
本发明中的多光束产生器件的结构及光路图如图2所示。图中，入射面6上镀增透膜， 上表面7镀高反膜，反射系数需考虑实际需要来优化，下表面8镀全反膜。
假设入射光到达下表面8的振幅为A，光从玻璃到空气，平板玻璃的上表面7的振幅反 射系数为r,，透射系数为t,,平板玻璃的下表面8的振幅反射系数为r2 (实际上全反膜的反
射系数不可能达到l)。贝IJ:
入射光线经下表面8反射后，到达上表面7， 一部分光被反射， 一部分透射。可以得到 透射光束的振幅为
j/y, (l)
反射光经过下表面8反射后，再到达上表面7，得到第二条透射光束，振幅为
^^/ 2 (2) 同理，可以得到第N束光的振幅为
^"W广 (3) 从(1) (3)可以看出，由此产生的多光束能量随光束序数的增大不断减弱，光束的 能量不均匀。
将得到的多光束取前N条，进入多光束能量均匀化组件，进行能量均匀化。 图3中第一到第三条光束(9、 10、 11)，反射的第三到第一条光束(9'、 10'、 ll')，从 图3可以看出，入射平行多光束经平板玻璃后， 一部分被反射， 一部分被透射，透射部分光 束的顺序不变，但反射部分经三块全反镜反射后，顺序正好颠倒，即能量高的光束跑到能量 低的位置，能量低的光束跑到能量高的位置，透射光束继续被反射，循环往复，直到能量衰 减为零。这样，可以通过改变平板玻璃的反射系数来调整光束的能量均匀性。 实施例1
制作18x18的阵列分束器，选取平行平板1下表面的振幅反射系数为0.995，上表面 的振幅反射系数为0.96，采用K9玻璃，则衰减率为0. 001/10cm，可以忽略，折射率为L51。 取平行平板2反射面的振幅反射系数为0. 88。
经多光束产生器件后得到18束光的相对能量分布如图4。由图4可以看出，18束光的能量依次减弱，第l条光束的能量大致为第18束光能量的4倍，能量均匀性差，需进行能量均 匀化处理。
图5为经能量均匀化组件后的18束平行光的相对能量分布，由图5可以看出，经能量均 匀化处理后，18束光的能量大致相等，相对于平均光强，光强的最大起伏为16. 36%，能量分 布比较均匀。
再将经过均匀化处理后的18束平行光束，经过图l所示的装置，每条光束再产生18束 平行光束，就得到18x18光束阵列。按以上参数计算，该18x18分束器，能量利用率为52. 98%。 如果稍微降低光束的能量均匀性，可以提高能量利用率；如果不考虑能量利用率，可以得到 更加均匀的多光束阵列分布。
权利要求
1. 一种阵列分束方法，其特征在于包括下列内容一束平行光经多光束产生器件变为多束平行光束，多束平行光束再经多光束能量均匀化组件处理变为一列能量均匀的平行光束；能量均匀的平行光束依次经过另一套多光束产生器件和多光束能量均匀化组件，每束平行光再变为一列平行光束，得到能量均匀的平行光束阵列。
2. 根据权利要求1所述的阵列分束方法，其特征在于所述的多光束产生器件为一片三面镀 膜的平板玻璃，平板玻璃的入射面镀增透膜，上表面镀高反膜，下表面镀全反膜。
3. 根据权利要求1所述的阵列分束方法，其特征在于所述的多光束能量均匀化组件由两面镀膜的平板玻璃和三片全反镜组成；平板玻璃的上表面镀增透膜，下表面镀一定反射系数的反射膜。
全文摘要
本发明提供了一种阵列分束方法，该方法将一束平行光经多光束产生器件变为多束平行光束，多束平行光束再经多光束能量均匀化组件处理变为一列能量均匀的平行光束。能量均匀的平行光束依次经过另一套多光束产生器件和多光束能量均匀化组件，每束平行光再变为一行平行光束，得到能量均匀的平行光束阵列。本发明采用几何光学的方法进行分光，采用平面结构的光学元件，加工工艺成熟，加工精度能够得到保证。采用本发明的方法能够实现不同数目、不同空间间隔的阵列分束器的制作。
文档编号G02B27/10GK101520549SQ20081014760
公开日2009年9月2日 申请日期2008年11月18日 优先权日2008年11月18日
发明者李泽仁, 熊学仕 申请人:中国工程物理研究院流体物理研究所