一種基于dmd的可編程光源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)工程領(lǐng)域,特別是一種基于DMD的可編程光源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]寬帶光源包括傳統(tǒng)的萊燈、氣燈、氖等、QTH燈,以及SLED ( Super LuminescentLED)。比較新的技術(shù)包括美國(guó)Energetiq公司開(kāi)發(fā)的激光栗浦寬帶光源。這些光源基于黑體輻射或者電弧等離子體放電的方式發(fā)光,屬于非相干光源。具有發(fā)光面積大,不易收集和聚焦的特點(diǎn)。為了獲得單一波長(zhǎng)輸出,通常需要一個(gè)單色儀系統(tǒng)。但是由于發(fā)光面積大,這種光源通過(guò)單色儀后能量急劇衰減。
[0003]隨著超快激光的發(fā)展,美國(guó)NKT Photonics公司和英國(guó)Fianium開(kāi)發(fā)的超連續(xù)光源(Supercontinuum)系統(tǒng)利用超短脈沖激光親合進(jìn)高非線性光子晶體光纖,產(chǎn)生0.4-2.4um的超寬光譜輸出。這種光源具有相干和類(lèi)似點(diǎn)光源的優(yōu)良特性,經(jīng)過(guò)單色儀后的功率是上述非相干光源的百倍以上。
[0004]超連續(xù)光源的發(fā)明使得制造可編程光源系統(tǒng)成為可能。與通過(guò)單色儀系統(tǒng)或者聲光可調(diào)濾波器(Acoustic-optic Tunable Filter)得到單個(gè)波長(zhǎng)輸出相比,可編程光源系統(tǒng)可以輸出單波長(zhǎng)、多個(gè)波長(zhǎng)、單個(gè)或者多個(gè)波段,甚至是任意波形。隨著超連續(xù)光源在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用,對(duì)這種可編程光源系統(tǒng)也產(chǎn)生了巨大的需求。本發(fā)明提供了一種基于德州儀器(Texas Instruments.Inc.)數(shù)字微鏡芯片 DMD (Digital Micro-mirror Device)的可編程光源系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]有鑒于此,本發(fā)明的目的是提出一種基于DMD的可編程光源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法,使得輸出單色性以及輸出強(qiáng)度明顯增強(qiáng),能夠滿(mǎn)足應(yīng)用和研究的需求。
[0006]本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn):一種基于DMD的可編程光源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法,具體包括以下步驟:
步驟S1:提供超連續(xù)光源、第一拋物面鏡、第一柱面凸透鏡、柱面凹透鏡、第一色散棱鏡、第二色散棱鏡,第二柱面凸透鏡、DMD芯片、倒置色散棱鏡、第二拋物面鏡以及收集光纖;
步驟S2:所述超連續(xù)光源提供400nm -2400nm的超寬帶光譜輸出,所述第一拋物面鏡將該超寬帶光譜輸出收集后形成平行光;
步驟S3:依次通過(guò)所述第一柱面凸透鏡、柱面凹透鏡對(duì)步驟S2中的平行光的一個(gè)維度進(jìn)行調(diào)整,使得該維度的寬度與所述DMD芯片的徑向?qū)挾纫恢?,用以提高收集效率?br> 步驟S4:所述第一色散棱鏡和第二色散棱鏡對(duì)步驟S3中調(diào)整后的平行光的不同波長(zhǎng)進(jìn)行色散分解,不同波長(zhǎng)的光依次經(jīng)過(guò)所述第一色散棱鏡和第二色散棱鏡后指向不同的角度;
步驟S5:所述第二柱面凸透鏡將不同波長(zhǎng)的光匯聚并投影在所述DMD芯片的不同的陣列上;
步驟S6:所述DMD芯片通過(guò)控制不同列的微鏡反轉(zhuǎn),將要輸出的波段的光反射到一個(gè)方向,將不需要的光反射到另外一個(gè)方向,用以選擇波長(zhǎng)或波段;所述DMD芯片通過(guò)控制同一列的微鏡向輸出端反轉(zhuǎn)的百分比,實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)這一波長(zhǎng)的輸出功率;
步驟S7:所述倒置色散棱鏡通過(guò)倒轉(zhuǎn)放置,用于抵消步驟S4中第一色散棱鏡和第二色散棱鏡的組合產(chǎn)生的色散,進(jìn)而重新將發(fā)散的各個(gè)波長(zhǎng)整合成同一方向的平行光;
步驟S8:所述第二拋物面鏡將步驟S7中的平行光匯聚到所述收集光纖的輸入端; 步驟S9:所述收集光纖將收集到的光提供給用戶(hù)使用。
[0007]較佳地,本發(fā)明超連續(xù)光源輸出400-2400 nm的超寬帶輸出。輸出端為光子晶體光纖,內(nèi)核直徑5.5微米。輸出的光通過(guò)一個(gè)拋物面鏡收集形成平行光;平行光通過(guò)色散棱鏡組合進(jìn)行分光,然后經(jīng)柱狀凸透鏡對(duì)色散后的光進(jìn)行聚焦并把不同波長(zhǎng)的光投影在DMD上。不同的波長(zhǎng)在DMD上占據(jù)不同的列。DMD控制程序通過(guò)選擇不同列上的棱鏡反轉(zhuǎn)達(dá)到選擇波長(zhǎng)的目的。微鏡將要輸出的波段反射到一個(gè)方向;未選擇的波段反射到另外的方向。每一列有1152個(gè)微鏡,通過(guò)控制單列上微鏡的傾斜的個(gè)數(shù),可以調(diào)節(jié)在這一波長(zhǎng)上的輸出強(qiáng)度。從DMD微鏡上反射的要采集的光,通過(guò)一個(gè)倒置的色散棱鏡以抵消原來(lái)的色散,從而將反射光重新整合為平行光,然后通過(guò)一個(gè)拋物面鏡將平行光匯聚到收集光纖的輸入端。最終,整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)控制DMD上微鏡的反轉(zhuǎn),達(dá)到快速可編程輸出的目的。
[0008]特別的,本發(fā)明使用德州儀器0.95英寸DMD芯片和軟件開(kāi)發(fā)包。DMD含有一個(gè)2048X1152微鏡陣列。DMD芯片尺寸為21.03 mmXll.83 mm。每個(gè)微鏡可以正負(fù)12度傾斜反轉(zhuǎn)。單個(gè)微鏡尺寸為10.8 umX 10.8um。
[0009]較佳地,超連續(xù)光源使用英國(guó)Fianium公司的SC400-6系統(tǒng)??傒敵龉β蔬_(dá)到6W;平均光譜功率密度為3 mW/nm;重復(fù)頻率為60 MHz。本發(fā)明使用的光學(xué)元件均可從光學(xué)公司采購(gòu)。系統(tǒng)沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件。
[0010]進(jìn)一步地,所述超連續(xù)光源的輸出端為光子晶體光纖,內(nèi)核為5.5微米,類(lèi)似點(diǎn)光源,可以利用拋物面鏡形成準(zhǔn)平行光。
[0011]進(jìn)一步地,所述第一色散棱鏡以及第二色散棱鏡用以實(shí)現(xiàn)足夠色散和波長(zhǎng)均勻分布。
[0012]進(jìn)一步地,所述DMD芯片微鏡陣列可以正負(fù)12度反轉(zhuǎn),用以實(shí)現(xiàn)選擇波長(zhǎng)、調(diào)節(jié)輸出能量以及高速調(diào)諧。
[0013]進(jìn)一步地,利用倒置的色散棱鏡實(shí)現(xiàn)抵消色散,重新形成平行光的目的。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明有以下有益效果:
1、本發(fā)明相比于聲光可調(diào)濾波器(單色性:幾個(gè)納米),單色性顯著提高(等于或低于1納米)。
[0015]2、本發(fā)明的輸出強(qiáng)度顯著提高,單色儀的輸出在微瓦量級(jí),基于DMD的可編程光源的輸出在暈瓦量級(jí)。
[0016]3、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)可編程輸出?;贒MD的可編程光源可實(shí)現(xiàn)單波長(zhǎng),多波長(zhǎng),單/多波段,任意波形的輸出。
[0017]4、本發(fā)明輸出波長(zhǎng)調(diào)節(jié)速率增大。由于DMD的微鏡可以在一秒鐘內(nèi)開(kāi)光1000多次,所以這種光源可以在毫秒時(shí)間內(nèi)改變輸出波形。而傳統(tǒng)的單色儀通