一种复合光场匀化结构

本发明涉及光场，特别涉及一种复合光场匀化结构。

背景技术：

1、光场匀化是光学中的常用功能，在光源照明、主动成像光场发射、散射成像照明、工业激光加工等领域均有广泛应用。随着光学系统的集成度要求越来越高，传统多片透镜组组成的庞大光学匀化系统无法满足光机系统高集成度、小型化的要求。基于微纳结构的光场匀化技术应运而生，然而，传统的微透镜阵列光场匀化技术存在显著的衍射问题，导致在非相干光照明中存在显著衍射从而产生颜色条纹，而在激光照明领域存在衍射级次而无法获得很好的匀化光场。二元衍射结构光场匀化结构需要严格与光波长匹配，且容易产生零级衍射而导致光场无法均匀。目前将微透镜阵列在横向排布上随机化解决了部分衍射问题，但该结构方案目前主要实现了宏观的光场匀化控制，微观上仍存在显著的亮暗衍射斑，导致光场匀化效果未能满足对光场匀化要求较高的应用场景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种复合光场匀化结构，以克服传统光场匀化结构远场光斑不均匀性，实现宏观和微观的光场匀化，采用两种在子口径、矢高差异较大的微纳结构进行复合，分别控制宏观整体光场和微观亮暗斑，实现光场优异的匀化性能。

2、为了达到上述目的，采用的技术方案如下：

3、一种复合光场匀化结构，包括第一微纳结构和第二微纳结构，所述第一微纳结构的子口径和矢高大于所述微纳结构的子口径和矢高，所述第一微纳结构为紧密排布的连续面形微结构，所述第一微纳结构与第二微纳结构具有不同结构尺度，多个第一微纳结构和多个第二微纳结构在横向平面均呈随机排布，在纵向深度上相互叠加。

4、进一步地，所述第一微纳结构与所述第二微纳结构的尺度差别为5-20倍。

5、进一步地，多个第一微纳结构的结构单元均具有相同的数值孔径。

6、进一步地，所述第一微纳结构用于控制远场匀化光场的宏观整体光斑形状和宏观整体分布。

7、进一步地，所述第一微纳结构通过将入射光束分割后分别进行扩散匀化，并在远场重新叠加，获得对入射光束强度分布不敏感的匀化光场。

8、进一步地，所述第二微纳结构的结构尺度为微米或亚微米尺度。

9、进一步地，各个第二微纳结构之间呈紧密排列或随机间隔排列。

10、进一步地，所述第二微纳结构中的各个结构单元为台阶状分布或连续分布。

11、进一步地，所述第二微纳结构控制远场光斑的微观分布，通过微小结构单元排布消除子口径较大、矢高较高结构产生的衍射微观亮斑和暗斑。

12、进一步地，通过不同结构尺度的第一微纳结构和第二微纳结构复合实现对远场匀光光场的宏观整体控制和微观亮暗斑控制。

13、本发明的有益效果是：

14、该复合光场匀化结构相对于传统匀化结构，其复合了尺度为微米或亚微米尺度的小口径结构，对光场的微观匀化能力更强，消除了匀光结构产生的微观散斑，增强了光场匀化性能。

技术特征：

1.一种复合光场匀化结构，其特征在于，包括第一微纳结构和第二微纳结构，所述第一微纳结构的子口径和矢高大于所述微纳结构的子口径和矢高，所述第一微纳结构为紧密排布的连续面形微结构，所述第一微纳结构与第二微纳结构具有不同结构尺度，多个第一微纳结构和多个第二微纳结构在横向平面均呈随机排布，在纵向深度上相互叠加。

2.如权利要求1所述的复合光场匀化结构，其特征在于，所述第一微纳结构与所述第二微纳结构的尺度差别为5-20倍。

3.如权利要求1所述的复合光场匀化结构，其特征在于，多个第一微纳结构的结构单元均具有相同的数值孔径。

4.如权利要求1所述的复合光场匀化结构，其特征在于，所述第一微纳结构用于控制远场匀化光场的宏观整体光斑形状和宏观整体分布。

5.如权利要求1所述的复合光场匀化结构，其特征在于，所述第一微纳结构通过将入射光束分割后分别进行扩散匀化，并在远场重新叠加，获得对入射光束强度分布不敏感的匀化光场。

6.如权利要求1所述的复合光场匀化结构，其特征在于，所述第二微纳结构的结构尺度为微米或亚微米尺度。

7.如权利要求1所述的复合光场匀化结构，其特征在于，各个第二微纳结构之间呈紧密排列或随机间隔排列。

8.如权利要求1所述的复合光场匀化结构，其特征在于，所述第二微纳结构中的各个结构单元为台阶状分布或连续分布。

9.如权利要求1所述的复合光场匀化结构，其特征在于，所述第二微纳结构控制远场光斑的微观分布，通过微小结构单元排布消除子口径较大、矢高较高结构产生的衍射微观亮斑和暗斑。

10.如权利要求1所述的复合光场匀化结构，其特征在于，通过不同结构尺度的第一微纳结构和第二微纳结构复合实现对远场匀光光场的宏观整体控制和微观亮暗斑控制。

技术总结
本发明公开一种复合光场匀化结构，该结构由子口径、矢高差异较大的两种微纳结构复合叠加而成，其中子口径和矢高较大的结构为连续面形为紧密排布的微透镜，主要控制匀化光场的整体大小和整体形状，子口径和矢高较小的结构为微米或亚微米尺度的小结构，主要控制匀化光场的微观分布，使其消除光的规则衍射产生的局部两点和暗点。该复合光场匀化结构相对于传统匀化结构，其复合了尺度为微米或亚微米尺度的小口径结构，对光场的微观匀化能力更强，消除了匀光结构产生的微观散斑，增强了光场匀化性能。

技术研发人员：夏良平,张满,杜春雷,党随虎,涂红,山程,王帅
受保护的技术使用者：长江师范学院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12