1 浙江工业大学 理学院，浙江杭州30023
2 杭州谱育科技发展有限公司，浙江杭州31111
为了有效抑制激光散斑，真正实现激光显示和成像系统的大色域、高亮度和超优画质，提出了基于履带式运动柔性衍射光学器件（Diffractive Optical Elements， DOE）的散斑抑制方法，对柔性衍射光学器件的设计、制造、耐久性和散斑抑制效果进行了研究。首先设计了柔性衍射光学器件的光学结构，并描述了履带式运动柔性衍射光学器件形成动态二维衍射编码的机理；接下来介绍了柔性衍射光学器件的模板制备、热压成型、连接成环的工艺方法；之后搭建激光投影显示系统对所研制的聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride， PVC）和聚丙烯（Polypropylene， PP）两种材料的柔性衍射光学器件的散斑对比度和耐久性进行实验研究。实验结果表明，提出的基于履带式运动柔性衍射光学器件的激光散斑抑制方法，可将红绿蓝三色激光的散斑对比度降低到5%以下，同时系统具有小型化、低功耗的优点。在长达三十天的耐久性实验中，聚氯乙烯和聚丙烯两种材料的柔性衍射光学器件都没有明显形变和散斑抑制效果的衰减，且PP材料柔性DOE比PVC材料柔性DOE散斑抑制效果更明显、耐久性也更好。满足大色域、高亮度、超优画质的要求，并具有小型化、低功耗、高可靠的优点。
激光散斑抑制 衍射光学器件 耐久性 散斑对比度 聚丙烯 laser speckle suppression Diffractive Optical Elements （DOE） durability speckle contrast Polypropylene （PP）
西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
提出一种手动旋转双散射片的散斑噪声抑制方法，以一动一静的工作模式获得多幅独立的散斑场，通过多幅再现像叠加实现散斑的抑制。通过理论分析一动一静双散射片和单散射片的时间相关函数，证明一动一静双散射片的去相关速率明显高于单散射片，具有更好的散斑抑制效果。实验上分别进行了不同目数单散射片和双散射片、相同目数单散射片和双散射片之间的对比研究。从散斑对比度结果可以看出，散射片目数越多，再现像叠加数量越多，散斑抑制效果越好，并且双散射片的散斑抑制效果要优于单散射片。以相位光栅为样本，采用一动一静双散射片方式验证了所提方法的可行性，该方法获得了更好的成像效果。
测量 全息干涉测量 散斑抑制 手动旋转散射片 一动一静双散射片 散斑对比度
漳州职业技术学院电子工程学院，福建 漳州 363000
激光散斑是阻碍激光投影显示技术发展的一大瓶颈。基于复合散斑衬比度分析法，对影响激光投影系统中复合散斑衬比度的参数进行了分析，即统计独立散斑图样个数N和探测器成像镜头在投影屏幕上的分辨基元面积内的散射光波的相干面元的数量M。可通过调节投影镜头和成像镜头的数值孔径、投影距离及观测距离等参数改变N和M，从而达到改善激光投影系统中散斑现象的目的。并在简化的投影系统中，就随机相位片上照射光斑面积、照明系统数值孔径对激光投影成像中散斑衬比度的影响进行了系统实验分析。实验结果表明，在投影镜头尺寸一定的基础上，适当增加照射在随机相位片上光斑的面积，可有效降低散射屏幕上二次散斑图样的衬比度，且投影镜头数值孔径的减小会增加散斑现象，这为激光投影系统的小型化提出了一大挑战。该结论可为以旋转随机相位片抑制激光投影成像中的散斑提供系统设计指导。
相干光学与统计光学 激光散斑 散斑抑制 复合散斑 随机相位片 散斑衬比度 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1303001
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
3 北京空间机电研究所，北京 100094
4 中国空间技术研究院空间激光信息感知技术核心专业实验室，北京 100094
利用混沌激光的低相干性实现了对激光散斑的有效抑制。其中，使用了激光显示中常用的激光二极管，通过光反馈扰动激光器和电混沌信号调制激光器产生了混沌激光，分别研究了光反馈系统中偏置电流、反馈强度和调制系统中偏置电流、调制幅度对散斑抑制的影响，并对两个系统的散斑抑制效果进行了对比研究。实验结果表明，通过两种方式产生的混沌激光有效地抑制了散斑噪声，其散斑对比度均可降低0.9以上，使用混沌激光可使光谱最大可展宽至4.6 nm，其相干长度从441 μm降低至87 μm。
激光器 散斑抑制 混沌激光 光反馈 混沌信号调制 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0714001
上海工程技术大学 电子电气工程学院 智能感知与控制系, 上海 201620
为了抑制全息记录过程中的散斑噪声, 采用一种通过降低相干光源相干性的方法, 并进行了理论分析和实验验证。利用旋转二元波片进行退偏, 在10s内记录70幅全息图进行平均化降噪; 同时利用毛玻璃对相干光进行空间退相干, 降低了光源的相干性从而降低了散斑噪声。将单独采用时间退偏操作的重建图像与单独采用空间退偏操作的重建图像以及两者相结合的重建图像进行了对比。通过实验验证了所提方法的可行性, 通过分析频谱比较证实了几种方法, 利用信噪比直观地证实了几种方法的有效性。结果表明, 时间、空间退偏结合对散斑噪声的抑制有着明显的优势, 空间退偏的重建像的信噪比为0.4459, 时间退偏的重建像信噪比为1.5155, 而两者结合后的信噪比为1.7162, 采用时间退偏以及空间退偏叠加的方式有效地抑制了相干噪声。该实验为研究数字全息成像的过程中由于光源相干度过高带来的散斑噪声干扰的问题提供了一个有效的抑制方法。
全息 散斑抑制 时空退偏叠加 低相干光 holography speckle suppression depolarization superposition of space-time low coherence light
昆明理工大学激光信息处理技术与应用重点实验室, 云南 昆明 650500
针对几何映射理论不考虑衍射效应,无法得到精确的输出光束,且输出光束存在严重振铃效应的问题,提出一种设计衍射光学元件的新算法。设置一个用于反映衍射效应的参量,通过迭代的方法确定该参量的最佳取值,再用改进的Gerchberg-Saxton(GS)算法对初始相位进行修正,最终得到所需衍射光学元件的相位分布。该算法与传统GS算法相比,能有效抑制散斑和振铃效应,得到均匀性更好的输出光束。
衍射 激光束整形 Gerchberg-Saxton算法 几何映射理论 散斑抑制 光学学报
2019, 39(11): 1105003
1 山西大学 激光光谱研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
针对单颗激光二极管光功率过高不能直接用于激光液晶电视光源阵列的限制, 本文设计了将高功率激光束分为多束功率接近的子光束的扫描分光系统, 从而为液晶电视提供激光背光。系统中激光器发出的准直光束经过扫描振镜进行二维扫描后, 经凸透镜和柱面透镜会聚成一条细线型光束耦合进一维多模光纤阵列, 从而达到分光的目的。此外, 基于扫描振镜和多模光纤实现了系统散斑的抑制。实验结果显示, 11根光纤的平均单根出射功率为674.13 μW, 离散系数为16%, 平均散斑对比度为0.162。使用激光作为背光源的激光液晶电视因其优秀的显示性能而具备强大的市场竞争力和广阔的市场前景。
液晶电视 激光电视 扫描振镜 背光 分光 散斑抑制 LC-TV laser TV galvanometer scanner backlight beam splitting speckle suppression
