本發(fā)明涉及光學(xué)，尤其涉及一種激光器光束準(zhǔn)直與整形裝置、方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、邊發(fā)射型半導(dǎo)體激光器的有源區(qū)寬厚比（寬度遠(yuǎn)大于厚度）導(dǎo)致平行于結(jié)平面（橫向）和垂直于結(jié)平面（縱向）的發(fā)散角差異顯著（通常橫向發(fā)散角為10-30°，縱向發(fā)散角為30-60°），遠(yuǎn)場(chǎng)光斑呈橢圓形，光束質(zhì)量（m2因子）較差。在空間光通信場(chǎng)景下，需將橢圓光束整形成無發(fā)散角的圓形光束，以提升發(fā)射天線效率。在光纖通信場(chǎng)景下，需優(yōu)化光束方向性、光斑能量密度均勻性（例如，高斯光束整形為平頂光束），提升光纖耦合效率（典型需求為耦合效率>90%）。

2、現(xiàn)有激光器光束準(zhǔn)直與整形的方法中，一般通過柱面組技術(shù)實(shí)現(xiàn)，比如現(xiàn)有公開專利cn221406205u，通過固定焦距的柱面透鏡分別在橫向（快軸）和縱向（慢軸）進(jìn)行準(zhǔn)直，但無法動(dòng)態(tài)調(diào)整焦距以適應(yīng)不同發(fā)散角的入射光束，若要適配不同激光器，則需物理更換鏡組或機(jī)械調(diào)整鏡片間距，對(duì)復(fù)雜橢圓光的整形能力有限。

3、基于此，現(xiàn)有技術(shù)亟需改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的固定光學(xué)參數(shù)無法動(dòng)態(tài)調(diào)整以適應(yīng)不同發(fā)散角的入射光束的問題，本發(fā)明提出了一種激光器光束準(zhǔn)直與整形裝置、方法及系統(tǒng)。

2、基于以上目的，本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)方面提供了一種激光器光束準(zhǔn)直與整形裝置，包括：

3、上層液晶盒，所述上層液晶盒包括上基板，所述上基板設(shè)有橫向排列的若干第一條形電極，用于通過其施加橫向上開口拋物線分布的可調(diào)電壓，驅(qū)動(dòng)所述上層液晶盒內(nèi)的液晶分子橫向偏轉(zhuǎn)形成橫向下開口拋物線分布的折射率，以準(zhǔn)直入射光束的快軸發(fā)散角，所述橫向上開口拋物線分布的可調(diào)電壓是基于所述快軸發(fā)散角計(jì)算得到；

4、下層液晶盒，所述下層液晶盒包括下基板，所述下基板設(shè)有縱向排列的若干第二條形電極，用于通過其施加縱向上開口拋物線分布的可調(diào)電壓，驅(qū)動(dòng)所述下層液晶盒內(nèi)的液晶分子縱向偏轉(zhuǎn)形成縱向下開口拋物線分布的折射率，以準(zhǔn)直所述入射光束的慢軸發(fā)散角，所述縱向上開口拋物線分布的可調(diào)電壓是基于所述慢軸發(fā)散角計(jì)算得到；

5、上層和下層液晶盒之間共用的第三基板，其上的中間電極層接地并與所述第一及第二條形電極分別形成電場(chǎng)分布。

6、在一些實(shí)施例中，還包括若干第一電壓源單元，所述若干第一條形電極橫向平行且等距排列，分別與對(duì)應(yīng)的第一電壓源單元一一對(duì)應(yīng)連接，每個(gè)所述第一電壓源單元輸出均為正電壓，其電壓絕對(duì)值沿所述若干第一條形電極的排列方向呈開口向上的拋物線分布，?其電壓值基于所述入射光束的快軸發(fā)散角計(jì)算得到。

7、在一些實(shí)施例中，還包括若干第二電壓源單元，所述若干第二條形電極縱向平行且等距排列，分別與對(duì)應(yīng)的第二電壓源單元一一對(duì)應(yīng)連接，每個(gè)所述第二電壓源單元輸出均為正電壓，其電壓絕對(duì)值沿所述若干第二條形電極的排列方向呈開口向上的拋物線分布，?其電壓值基于所述入射光束的慢軸發(fā)散角計(jì)算得到。

8、在一些實(shí)施例中，所述第一電壓源單元及所述第二電壓源單元施加的電壓值的范圍均在所述液晶分子偏轉(zhuǎn)的最小電壓值閾值電壓與所述液晶分子達(dá)到最大扭矩時(shí)的飽和電壓值之間。

9、在一些實(shí)施例中，所述上基板與所述第三基板之間包括自上而下層疊排列的第一取向?qū)?、第一液晶層以及第二取向?qū)?，所述第一取向?qū)优c所述第二取向?qū)拥娜∠蚍较蚱叫星蚁喾?，所述第一取向?qū)拥娜∠蚍较蚺c所述若干第一條形電極的排列方向相同。

10、在一些實(shí)施例中，所述中間電極層與所述下基板之間包括自上而下層疊排列的第三取向?qū)印⒌诙壕右约暗谒娜∠驅(qū)?，所述第三取向?qū)优c所述第四取向?qū)拥娜∠蚍较蚱叫星蚁喾?，所述第三取向?qū)拥娜∠蚍较蚺c所述若干第二條形電極的排列方向相同。

11、在一些實(shí)施例中，所述若干第一條形電極組成第一電極層，所述若干第二條形電極組成第二電極層，所述第一電極層、所述第二電極層以及所述中間電極層均通過濺射工藝鋪設(shè)在所述上基板、所述下基板及所述第三基板上。

12、本發(fā)明實(shí)施例的另一方面，還提供了一種激光器光束準(zhǔn)直與整形方法，其特征在于，使用如前述任一項(xiàng)所述的激光器光束準(zhǔn)直與整形裝置，包括：

13、獲取入射光束的快軸發(fā)散角及慢軸發(fā)散角；

14、基于所述快軸發(fā)散角確定所述上層液晶盒的液晶分子所需的橫向下開口拋物線分布的折射率，基于其確定所述若干第一條形電極對(duì)應(yīng)施加的橫向上開口拋物線分布的可調(diào)電壓，以準(zhǔn)直所述入射光束的快軸發(fā)散角；

15、基于所述慢軸發(fā)散角確定所述下層液晶盒的液晶分子所需的縱向下開口拋物線分布的折射率，基于其確定所述若干第二條形電極對(duì)應(yīng)施加的縱向上開口拋物線分布的可調(diào)電壓，以準(zhǔn)直所述入射光束的慢軸發(fā)散角并完成所述入射光束的整形。

16、本發(fā)明實(shí)施例的另一方面，還提供了一種激光器光束準(zhǔn)直與整形系統(tǒng)，包括由若干如前述任一實(shí)施例所述的激光器光束準(zhǔn)直與整形裝置構(gòu)成的激光器光束準(zhǔn)直與整形裝置陣列，激光器光束準(zhǔn)直與整形裝置陣列與激光器單元陣列平行排列，每個(gè)所述激光器光束準(zhǔn)直與整形裝置的光學(xué)中心與對(duì)應(yīng)激光器單元的光軸對(duì)齊，每個(gè)所述激光器光束準(zhǔn)直與整形裝置施加可調(diào)電壓，并與對(duì)應(yīng)激光器單元的光束發(fā)散角和束腰位置適配，以完成多光束并行準(zhǔn)直與整形。

17、在一些實(shí)施例中，所述激光器光束準(zhǔn)直與整形系統(tǒng)包括控制單元，用于通過以下步驟對(duì)不同主積分透鏡焦距的光束均勻化：

18、獲取所述主積分透鏡與所述激光器光束準(zhǔn)直與整形系統(tǒng)之間的第一距離及所述主積分透鏡的第一焦距；

19、基于所述第一距離及所述第一焦距，通過勻化原理公式計(jì)算所述激光器光束準(zhǔn)直與整形系統(tǒng)的焦平面所在位置；

20、通過控制施加在所述系統(tǒng)的各裝置上的可調(diào)電壓，使光束經(jīng)對(duì)應(yīng)裝置后聚焦在所述系統(tǒng)的后焦平面處，并與所述主積分透鏡的前焦平面對(duì)應(yīng)，以在所述主積分透鏡的后焦平面實(shí)現(xiàn)光束均勻化。

21、在一些實(shí)施例中，所述控制單元進(jìn)一步用于通過以下步驟對(duì)不同光斑尺寸的光束均勻化：

22、獲取所述激光器光束準(zhǔn)直與整形系統(tǒng)的激光器光束準(zhǔn)直與整形裝置的第一尺寸及所述主積分透鏡的第一焦距；

23、基于所述第一尺寸及所述第一焦距，通過勻化光斑原理公式計(jì)算所述激光器光束準(zhǔn)直與整形系統(tǒng)的焦平面所在位置；

24、通過控制施加在所述系統(tǒng)的各裝置上的可調(diào)電壓，使光束經(jīng)對(duì)應(yīng)裝置后聚焦在所述系統(tǒng)的后焦平面處，并與所述主積分透鏡的前焦平面對(duì)應(yīng)，以在所述主積分透鏡的后焦平面實(shí)現(xiàn)光束均勻化。

25、本發(fā)明至少具有以下有益效果：本技術(shù)的一種激光器光束準(zhǔn)直與整形裝置，包括上下堆疊的兩焦平面互相垂直的雙層液晶盒結(jié)構(gòu)，其包括上層液晶盒與下層液晶盒，上層液晶盒的上基板設(shè)有橫向排列的若干第一條形電極，用于通過施加的可調(diào)電壓（基于入射光束的快軸發(fā)散角施加的橫向上開口拋物線分布的可調(diào)電壓）驅(qū)動(dòng)上層液晶盒內(nèi)的液晶分子橫向偏轉(zhuǎn)形成橫向下開口拋物線分布的折射率，以準(zhǔn)直入射光束的快軸發(fā)散角，其還包括下層液晶盒，下層液晶盒的下基板設(shè)有縱向排列的若干第二條形電極，用于通過施加的可調(diào)電壓（基于入射光束的慢軸發(fā)散角施加的縱向上開口拋物線分布的可調(diào)電壓）驅(qū)動(dòng)下層液晶盒內(nèi)的液晶分子縱向偏轉(zhuǎn)形成縱向下開口拋物線分布的折射率，以準(zhǔn)直入射光束的慢軸發(fā)散角并完成所述入射光束的整形，上層液晶盒與下層液晶盒共用二者中間的第三基板，第三基板上的中間電極層接地并與第一及第二條形電極分別形成電場(chǎng)分布。本發(fā)明基于雙層液晶盒結(jié)構(gòu)，依據(jù)入射光束的發(fā)散角不同，靈活調(diào)整施加在第一條形電極及第二條形電極上的上開口拋物線分布的可調(diào)電壓，實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)整上層液晶盒與下層液晶盒的液晶透鏡焦距，無需物理更換鏡組或機(jī)械調(diào)整鏡片間距就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同發(fā)散角光束的準(zhǔn)直與整形，將橢圓光斑整形為圓形光斑，靈活度高、具有自適應(yīng)性。

26、本發(fā)明的一種激光器光束準(zhǔn)直與整形方法、系統(tǒng)同樣可以實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，在此不再贅述。