消偏振均化器的制作方法

本说明书涉及一种消偏振均化器，以及涉及一种包括消偏振均化器的光源。在一些示例中，光源包括超连续谱光源。

背景技术：

图案化延迟器或石英楔形消偏振器形式的消偏振器改变接收光束的偏振特性以提供消偏振的输出光束。这种消偏振器将接收光束转换为伪随机偏振光束，即，偏振在垂直于光束路径的光束的横截面上在空间上变化。

在使用消偏振光束的一些应用中，在光束剖面上偏振特性的该变化可能是不期望的。

技术实现要素：

本说明书提供了一种消偏振均化器(depolarizinghomogenizer)。消偏振均化器包括一个或多个小透镜阵列，其适于提供与接收光束的不同的各个部分相关联的多个小光束。消偏振均化器还包括消偏振器，该消偏振器包括对偏振产生不同影响的不同区域。该消偏振器被定位成使得所述多个小光束中的至少一些的偏振特性改变。消偏振均化器还包括透镜，该透镜被布置成至少部分地重叠具有所述改变的偏振特性的所述小光束。

通过至少部分地重叠具有改变的偏振特性的小光束，产生具有高度消偏振的输出光束。特别地，消偏振度在垂直于光束路径(或其大部分区域)的光束的横截面上可以是基本上均匀的。换句话说，消偏振度在光束剖面(beamprofile)的大部分区域可以是基本上均匀的。

接收光束可以是相干的、非相干的或部分相干的(在时间上和/或空间上)。在相干光束的情况下，消偏振器还可以帮助减少干涉条纹(斑点效应)，因为来自具有不同偏振的各个小透镜的光束可能不会在透镜的像平面上干涉。

消偏振器可以包括液晶聚合物消偏振器或石英晶体楔形消偏振器。在一些实施例中，消偏振器可以包括电控液晶消偏振器，其可以被配置为实时改变消偏振器的不同部分的偏振特性。

消偏振器可以包括具有第一光轴的第一消偏振元件和具有第二光轴的第二消偏振元件，其中第一消偏振元件和第二消偏振元件被定向为使得第一光轴和第二光轴彼此垂直。在包括两个石英晶体楔形的石英晶体楔形消偏振器的情况下，一个石英晶体楔形比另一个更厚，光轴可以由更厚的楔形的光轴限定。在包括延迟线的液晶聚合物消偏振器的情况下，光轴可以由延迟线限定。因此，两个液晶聚合物消偏振器可以通过定向两个消偏振器以使得各个消偏振器的等价的延迟线彼此垂直，从而被定向为使得它们各自的第一和第二光轴垂直。

消偏振器可以被定位成接收所述多个小光束，其中，所述小光束中的至少一些通过消偏振器的各个不同的区域，从而改变所述至少一些小光束的偏振特性。消偏振器可以位于一个或多个小透镜阵列和透镜之间。可替代地，透镜可以位于一个或多个小透镜阵列和消偏振器之间。

进一步可替代地，消偏振器可以被配置为在光通过一个或多个小透镜阵列以形成所述多个小光束之前使光消偏振，从而使得所述多个小光束中的至少一些的偏振特性改变。在一些示例配置中，一个或多个小透镜阵列可以位于消偏振器和透镜之间。

消偏振均化器还可以包括光纤束，其中该光纤束包括用于引导光的多根光纤。消偏振器可以位于光纤束的输出和透镜的像平面之间。消偏振均化器可以包括准直透镜，以接收来自光纤束的光并准直所接收的光。一个或多个小透镜阵列可以被布置成接收已经被准直透镜准直的光。

小透镜阵列可以包括布置在垂直于接收光束的方向的平面中的多个小透镜。

小透镜可包括微透镜，例如柱面微透镜。

小透镜阵列中的小透镜的焦距可以相同和/或一个小透镜阵列中的一个或多个小透镜可以具有与第二小透镜阵列中的一个或多个小透镜相同的焦距。

一个或多个小透镜阵列可以包括多个小透镜，该多个小透镜成形为使得输出光束具有平顶光束剖面(flattopbeamprofile)。

一个或多个小透镜阵列可以包括多个小透镜，该多个小透镜成形为使得输出光束具有正方形或矩形的光束剖面。

一个或多个小透镜阵列可以包括第一小透镜阵列和第二小透镜阵列。第一和第二小透镜阵列可以间隔开。该间隔可以小于第一和/或第二阵列中的多个小透镜中的一个的焦距。

第一和第二小透镜阵列可以被定向为彼此成一角度(例如垂直)。在第一和第二小透镜阵列具有各自的非对称小透镜(例如柱面微透镜)的情况下，第一和第二小透镜阵列可以相对于彼此定向，使得各个阵列的小透镜被定向为彼此成一角度(例如垂直)。

小光束可以被准直。

透镜可以被配置为在像平面中形成小透镜阵列单元的重叠的图像。像平面可以包括工作表面。

本说明书还提供了一种包括消偏振均化器的光源。该光源可以包括线性偏振或部分线性偏振光源。由消偏振均化器的一个或多个小透镜阵列所接收的光束可以从所述线性偏振或部分线性偏振光源中获得。

在一些实施例中，光源包括被配置为产生超连续谱的超连续谱光源，其中由消偏振均化器的一个或多个小透镜阵列所接收的光束是从所述超连续谱光源获得的。在各种实施例中，所产生的超连续光谱包括375nm至1200nm的波长范围。在一些实施例中，所产生的超连续光谱包括375nm至2400nm的波长范围。在一些实施例中，所产生的超连续谱可以包括中红外超连续谱，其可以包括1100nm至4200nm的波长范围。光源还可以包括波长选择器，以从超连续谱中选择一个或多个波长。

在各种实施例中，输出光束可以具有1db或更小、0.5db或更小、0.1db或更小或0.05db或更小的偏振消光比。

本说明书还提供了一种消偏振方法，包括：将接收光划分成多个小光束；使得所述多个小光束中的至少一些的偏振特性改变；以及通过使具有所述改变的偏振特性的小光束至少部分地重叠，来提供消偏振的输出光束。

该方法可以包括在已经从所述接收光中划分出所述多个小光束之后，改变所述多个小光束中的至少一些的偏振特性。可替代地，该方法可以包括在将接收光划分之前使它消偏振，从而改变所述多个小光束中的至少一些的偏振特性。

本说明书还提供了一种被配置为执行该方法的光学装置。

本说明书还提供了一种光源。该光源可以包括：用于产生超连续谱的超连续谱光源；用于从超连续谱中选择一个或多个波长的光的波长选择器；以及包括被布置为引导由波长选择器选择的光并输出一个或多个所选择的波长的光的多根光纤的光纤束；以及被配置为接收由光纤束输出的光的消偏振均化器。

如本领域技术人员将理解的，本文所使用的术语“光”不限于可见光，而是包括任何合适的电磁辐射，诸如红外光(包括近红外光和远红外光)、可见光和紫外光。

附图说明

现在将参考附图描述示例实施例，其中：

图1是根据一个示例实施例的光源的示意图；

图2(a)是示出根据一个示例实施例的消偏振均化器的组件的示意图；

图2(b)是示出根据示例实施例的消偏振均化器的组件的示意图；

图2(c)是示出根据示例实施例的消偏振均化器的组件的示意图；

图3示出线性偏振单色光束通过石英晶体消偏振器后的偏振分布；

图4示出在已经通过偏振器之后的图2(a)的系统的输出光束的光束剖面测量的结果；以及

图5(a)示出偏振消光比测量的结果；

图5(b)是图5(a)的曲线图的区域的特写。

具体实施方式

图1示出了根据一个示例的光源1。如图所示，光源包括超连续谱光源10、波长选择模块20、耦合模块25，光纤束30和光学头40。

超连续谱光源10包括产生超连续谱形式的宽带光谱输出的光源。超连续谱的产生本身是已知的，这里不再详细描述。参考涉及“visiblecontinuumgenerationinairsilicamicrostructureopticalfibreswithanomalousdispersionat800nm”，j.k.ranka,r.s.windeler,和a.j.stentz,光学快报(opticsletters),2000.vol.25:p.25-27。商购可获得的示例性超连续谱光源是来自nkt光子学有限公司(nktphotonicsa/s)的superkextremeexu-6光源。在超连续谱光源中，时间相干性可能是低的，而空间相干性可能是高的。即，超连续谱光可能在空间上相干而在时间上不相干。

波长选择模块20被配置为从由超连续谱光源10产生的宽带输出中选择一个或多个波长。在图1的示例中，波长选择模块是基于声光滤波器的可调谐多波长滤波器。基于声光可调谐滤波器技术的示例性商购可获得的可调谐多波长滤波器是来自nkt光子学有限公司的superkselect产品。波长选择模块的输出可以是线性偏振的。该输出的时间相干性可能是低的，例如输出可能在时间上不相干。产生的超连续谱光谱可以包括375nm至1200nm的范围。在一些示例实施方式中，超连续谱的带宽可以从375nm扩展到2400nm。在一些示例实施方式中，产生的超连续谱可以包括可以从1100nm扩展到4200nm的中红外超连续谱。

光源1还包括耦合模块25，该耦合模块25被布置为将由波长选择模块20选择的一个或多个波长耦合到光纤束30中。耦合模块25可以包括细长的棒或管形式的均化光管(hlp)，其能够传播光并能使所传播的光的强度分布均匀。hlp可以包括光导区域，该光导区域包括横截面尺寸大于所引导的光的波长的透明介质。hlp可以通过适当地成形介电介质(例如，形成多边形玻璃棒)来形成，或者通过提供具有反射性内表面的管状壁来形成，hlp限定了光导区域并且通常具有适当的旋转不对称(即非圆形)的横截面，通过hlp的一个或多个边界的多次反射使光辐照均匀化。

来自波长选择模块20的光可以例如经由自由空间光学器件和/或经由光纤被耦合到耦合模块的hlp的输入端。hlp的出口端可以与光纤束30的公共封装输入端对接耦合。光纤束30包括多根光纤(例如，多根多模光纤)，其在由波长选择器所选择的波长下引导光。

光纤束30终止于光学头40。光学头的组件在图2(a)中示出。如图所示，光纤束套管41位于光学头的输入处。光纤束套管发射发散光束，该光束被准直透镜42接收，该准直透镜42使光束准直。然后，准直光束通过柱面微透镜阵列43a、43b形式的两个小透镜阵列。成像透镜44(其在本文中也可以被称为“傅立叶透镜”或“聚焦透镜”)被布置成在像平面46中形成图像。消偏振器47位于小透镜阵列和成像透镜44之间。

消偏振器47可以包括以消色差液晶聚合物消偏振器形式的图案化延迟器。可替代地，或除此之外，消偏振器可以包括石英晶体楔形消偏振器。消色差液晶聚合物消偏振器和石英晶体楔形消偏振器本身是已知的，在此不再详细描述：合适的消偏振器可从thorlabs商购获得，产品编号为dpp25-a和dpu25-a。通常，这种消偏振器包括对偏振的影响不同的不同区域。因此，如果具有跨过多个这些区域的光束宽度的线偏振单色光束通过这种消偏振器，则光束剖面的不同区域的偏振将以不同方式改变，导致垂直于光束方向的横截面中偏振的变化；这在图3中示意性示出。

相反，在图2(a)的布置中，柱面微透镜阵列43a、43b的微透镜被配置为形成与接收光束的不同的各个部分相关联的多个小光束。在图2(a)中，消偏振器被定位于微透镜阵列43a、43b之后，使得小光束穿过消偏振器的各个不同区域，并且因此经历不同的偏振延迟。成像透镜44被配置为在像平面的相同区域中形成微透镜阵列单元的重叠图像。因此，已经经历了不同的偏振延迟的小光束在像平面中被扰乱，导致输出光束具有在光束上均匀地分布的高度消偏振。在一个实施例中，由于通过光纤束和光源1的其他光学组件的传播而导致的偏振特性的变化，也为消偏振做出了贡献。

另外，柱面微透镜阵列43a、43b和成像透镜44的布置用作强度均化器，即，其均化在光束剖面上的强度。这是因为成像透镜44被配置为形成小光束的重叠图像，并且因此与接收光束的不同部分相关联的各个小光束的强度分布在像平面中被“平均”，导致输出光束具有均匀强度剖面。

输出光束的光束剖面由小透镜的形状来确定。例如，小透镜阵列中的小透镜可以被成形为使得在像平面中形成的图像是平顶(例如正方形)均化光束。上面讨论的均化光管也有助于输出光束的均化程度。

图4示出了在已经通过偏振器之后的图2(a)的系统的输出光束的光束剖面测量的结果。如图所示，获得了均匀的强度分布。相反，如果在光束上有明显的偏振变化，则预期会有明显的强度变化。

为了测量图2(a)的系统的偏振消光比(per)，将光学头40的输出通过偏振器导入功率计。通过旋转偏振器，测量最大和最小功率(pmax和pmin)，并计算出由10log10(pmax/pmin)给出的偏振消光比。通过使用波长选择模块20选择不同的波长，以不同的波长重复该过程。结果如图5(a)和5(b)所示，其显示了3种情况的测量结果：无消偏振器、液晶聚合物消偏振器(dpp25-a)和石英晶体楔形消偏振器(dpu25-a)。如图所示，通过使用石英晶体楔形消偏振器，在400nm至700nm范围内，实现了小于0.04db的偏振消光比。

尽管图2(a)示出了消偏振器位于微透镜阵列和成像透镜之间，但是可替代地，成像透镜可以位于微透镜阵列和消偏振器之间。在图2(c)中示出了该可替代的配置。将消偏振器紧接着定位于成像透镜之后(而不是成像透镜之前)不会影响图5(a)和5(b)所示的测量结果。

在另一个可替代实施例中，消偏振器可以位于微透镜阵列的上游，在准直透镜和微透镜阵列之间。在这种情况下，光在通过一个或多个微透镜阵列以形成所述多个小光束之前通过消偏振器。在该配置中，在通过微透镜阵列将光束划分成小光束之前，消偏振器为光束提供在光束剖面的不同区域中不同的偏振。以这种方式，消偏振器的存在使得小光束的偏振特性改变，使得不同的小光束具有不同的偏振特性。然后，小光束由成像透镜44重叠并带入像平面中，从而获得在光束剖面上均匀分布的高度消偏振。

从前述内容可以理解，在各种实施例中，提供了一种消偏振均化器，其包括一个或多个小透镜阵列(例如，一个或多个微透镜阵列)、消偏振器和透镜。小透镜阵列适于提供与接收光束的不同的各个部分相关联的多个小光束。消偏振器被定位于小透镜阵列的上游或下游，以使得多个小光束中的至少一些的偏振特性改变。透镜被布置为至少部分地重叠具有所述改变的偏振特性的小光束，以提供输出光束。在各种实施例中，输出光束具有在光束剖面上均匀分布的高度消偏振。

尽管在一些实施例中可以使用两个连续的小透镜阵列(例如，如图2(a)所示)，但是在其他实施例中，可以使用单个小透镜阵列(例如，如图2(b)所示)。此外，尽管在一些实施例中可以使用单个消偏振元件，但是在一些实施例中，通过放置光轴彼此垂直的两个消偏振元件可以实现更高程度的消偏振。因此消偏振器可以包括一个或多个液晶聚合物消偏振器、一个或多个石英晶体楔形消偏振器、或一个或多个液晶聚合物消偏振器和一个或多个石英晶体楔形消偏振器的组合。

尽管图2(a)示出了与具有波长选择模块、耦合模块和光纤束的超连续谱光源结合使用的消偏振均化器，但该消偏振均化器可以与任何合适的超连续谱光源结合使用。例如，在一些实施例中，可以省略波长选择模块、耦合模块和光纤束中的一个或多个(包括全部)。例如，在一些实施例中，消偏振均化器可以与不使用波长选择器但使用耦合模块和/或光纤束的超连续谱光源结合使用。

此外，根据各种实施例的消偏振均化器可以可替代地与其他线性或部分线性偏振光源，例如窄带单波长光源、可调谐光源或其他宽带光源结合使用。例如，在各种实施例中，消偏振均化器可以与单波长激光器、可调谐激光器、led或其他合适的光源结合使用。

对于本领域技术人员而言，许多其他的修改和变型将是显而易见的，其落入以下权利要求的范围内。