CN102162934A - 利用透明块缩小光斑 - Google Patents

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CN102162934A CN2011100632050A CN201110063205A CN102162934A CN 102162934 A CN102162934 A CN 102162934A CN 2011100632050 A CN2011100632050 A CN 2011100632050A CN 201110063205 A CN201110063205 A CN 201110063205A CN 102162934 A CN102162934 A CN 102162934A
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/48—Laser speckle optics

Abstract

用于缩小光斑的装置，包括第一相干性降低元件，它具有由一组第一透明部件组成的第一阵列，第一透明部件被设置为各自接收入射在第一透明元件上的准直光束的不同的第一部分，第一透明部件相对于穿过其中的光束各自产生至少两种不同的光程，并输出相应的第一部分作为各自第一准直子光束。该装置还包括第二相干性降低元件，它具有由一组第二透明部件组成的第二阵列，第二透明部件被设置为接收所述光束中的每个第一准直子光束的各自不同的第二部分，第二透明部件相对于穿过其中的光束各自产生至少两种不同的光程，并输出相应的第二部分作为各自第二准直子光束。该装置还包括一光合成器，用于将第二准直子光束合成为一准直输出光束。

Description

利用透明块缩小光斑
本申请是申请人于2005年9月27日提交的、申请号为“200510138026.3”的发明名称为“利用透明块缩小光斑”的发明专利申请的分案申请。
本申请要求于2004年9月27日递交的美国临时专利申请60/613,894的权益，并在此全文引入作为参考。
技术领域
本发明一般地涉及相干辐射光源，特别涉及由该光源产生的光斑的缩小。
背景技术
由粗糙表面的反射或透射而散射的相干光在远离该粗糙表面处形成干涉图案。观测该图案，肉眼看见在颗粒状图案中的暗区和亮区，这就是光斑。光学系统的强度检测器也可检测到该光斑，而且，称为光斑的对比度的测量通常为强度涨落的均方根与平均强度的比率的函数。由该光斑产生的变化的强度可对以例如激光器的相干光源进行的测量带来不利的影响，迫使该光斑缩小或消除。
Wang等人的美国专利6,367,935，在此引入其公开内容作为参考，该专利描述了用于消除扫描激光投影仪中的图像光斑的系统。相位全息图将投影仪的照明光束分为部分光束。这些部分光束各照亮屏幕区域的一部分，并产生移动的光斑图案。组合这些不同的图案以均化强度，该均化过程清除了光斑。
Kurtz等人的美国专利6,577,429，在此引入其公开内容作为参考，该专利描述了一种激光投影显示系统。该系统包括电可控的缩小光斑调制器，其通过为该系统的入射光提供局部随机相位变化来缩小光斑。
Karpol等人的美国专利6,798,505，在此引入其公开内容作为参考，该专利描述了一种用于物品检测的系统，该物品检测包括用于缩小在检测过程中出现的光斑的方法。光纤束设置在相干光束的光路中，且该光纤束输出具有降低了相干性的多束发散光束。
Tsikos等人的美国专利6,830,189，在此引入其公开内容作为参考，该专利描述了以平面激光束对目标的照射。高分辨率控制系统修改了相干光束的波前的相位。从而该光束产生大量可在空间和/或时间上被均化以缩小所观测的光斑的光斑图案。
Sirat的美国专利6,169,634，在此引入其公开内容作为参考，该专利描述了用于将准直相干光束转变为非相干光束的系统。由通过光学部件的不同单元的不同数量延迟该光束的不同部分。由该光学部件引入的不同的延迟超过了该光束的相干长度。
发明内容
在本发明的实施例中，用于缩小光斑的装置包括连续设置的第一和第二相干性降低元件。所述第一元件包括由第一透明部件组成的第一阵列。所述第一部件接收入射在所述第一元件上的光束的不同的相应的(different respective)第一部分、使所述第一部份穿过由所述第一部件产生的至少两种不同的光程、并输出所述第一部分作为相应的第一基本准直的子光束。通常所述入射光束是基本上相干的，通过所述装置降低所述相干性。
每一所述第一子光束入射在所述第二相干性降低元件上，该第二相干性降低元件包括由第二透明部件组成的第二阵列。所述第二部件接收每一所述第一子光束的不同的相应的第二部分、使所述第二部分穿过由所述第二部件产生的至少两种不同的光程，并输出所述第二部分作为相应的第二基本准直子光束。连续设置这两个元件使所述元件的相干性降低效应倍增，并且与射入所述第一元件的相干程度相比较，显著地降低了从所述第二元件输出的光的相干程度。
可提供光合成器以组合所述第二子光束并将该组合输出为一束输出光束，该输出光束通常为准直的输出光束。通过将穿过不同光程的多束子光束组合在一起，与输入光束的相干程度相比，该装置进一步降低了输出光束的相干程度，并由此降低了光斑的影响。
入射相干光束通常由单模或多模激光器产生。在后者情况下，可将漫射片置于所述激光器和所述部件之间以保证所有横模都入射在所述第一相干性降低元件的所有部件上。
通常，所述光束具有相干长度，并选择由所述第一和第二阵列产生的光程以使每一第二子光束与其它第二子光束至少部分不相干。在一些实施例中，由第一阵列产生的光程，和/或由第二阵列产生的光程，等于或大于所述相干长度，因此每一第二子光束与其它第二子光束不相干。
在一个实施例中，所述透明部件由相同材料的盒状块形成。这些块通常具有不同的长度和基本相似的横截面尺寸。
本发明的实施例中：
·通过连续设置所述相干性降低元件，由少量具有不同光程的部件产生大量不同延迟的子光束。
·光束准直和偏振方向得到保持。
·具有非常低的能耗，因此对装置的元件基本上没有损伤。
·该装置设计很简单并且基本上无需光学对准。
附图说明
从下面的结合附图详细说明本发明的实施例可更充分地了解本发明，下面为对该附图的简短说明。
图1为根据本发明实施例的光斑缩小装置的初始部分的示意图；
图2示出了根据本发明实施例的图1的光斑缩小装置的相干性降低元件的部件的设置的一些例子；
图3A示意性地示出了根据本发明实施例的在图1的初始部分中使用的两个透射阵列，图3B为这两个阵列的示意性透视图，
图4为根据本发明实施例的在图1的光斑缩小装置中使用的光合成器的示意图；
图5为根据本发明实施例的图1的光斑缩小装置的可选的初始部分的示意图；以及
图6为根据本发明实施例的图1的光斑缩小装置的另一可选的初始部分的示意图。
具体实施方式
现在参照图1，其为根据本发明实施例的光斑缩小装置11的初始部分10的示意图。例如激光器的光源12发射基本相干光束16；如此处所述，装置11降低了该光的相关程度。根据光源，光束16可包括多种模式，即，该光束可为多模光束，或者可替换地，光束16可为单模光束。除非另有说明，举例来说，此处假设光束16为由多模光源12产生的多模光束。光束16具有同样取决于光源12的相干长度cL，举例来说，假设该相干长度约为1mm。本领域熟练技术人员能够接受下面的描述，已作必要的描述，对于cL值不为1mm的光束，和/或对于单模光源和光束。
漫射片14漫射光束16，确保入射到该漫射片上的多个模式中的每一个基本上均匀地漫布在该漫射片的远场平面上。优选地，漫射片14为“顶环(top hat)”衍射漫射片，在发散光束18的边界之间具有较均匀的强度分布，超过该边界强度急剧下降。一种合适的漫射片为由Digital Optics Corporation，Charlotte，NC.制造的AuroraTM top-hat漫射片。典型地，漫射片14具有高透射率，由此最小化由光束16转变为光束18而产生的光通量损失。在一些实施例中，漫射片14包括全息漫射片。典型地，在单模系统中，漫射片14可由发散透镜代替。
在本发明的一个实施例中，光束16的直径约为4mm，光束发散性约为2.5mr。漫射片14将光束的发散度增加为在一个轴上约15mr，在正交的轴上约36mr。
漫射片14位于会聚透镜20的焦平面上，该会聚透镜20用作将发散光束18准直为基本上准直的光束22的傅立叶透镜。在本发明的实施例中，此处也称为绿光实施例，其中光源12发射绿光辐射，透镜20的焦距约为200mm。在本发明的可选实施例中，此处也称为紫外(UV)实施例，其中光源12发射UV光辐射，透镜20的焦距约为300mm，。但是，应当了解的是，其它合适的发散透镜也可用作透镜20。光束22入射在通常为立方分束器的偏振分束器52上，其将该光束反射为出射平面偏振相干光束54。光束54穿过排列为使该光束的偏振面旋转45°的四分之一波片56，产生偏振旋转的光束58。
光束58入射在包括透明光学部件C1、C2、C3、…、CN的相干性降低元件59上，其中N为整数，此处也将这些部件统称为部件CN。部件CN通常由基本上相同的材料制成，并粘在一起以形成元件59。例如，元件59假设为包括5个光学部件C1、C2、C3、C4和C5，这5个光学部件将光束58分为射入这些部件的5个相应的子光束。部件CN设置为具有平行的前切面和后切面，前切面镀有抗反射层，后切面镀有反射层。因此，由每个部件CN接收的部分准直光束58作为相应的准直子光束射出该部件。通常，设置每一部件CN以使反射的子光束具有基本相同的光通量。
在本发明的实施例中，每一部件CN呈盒状，因此各个部件切面为呈矩形的面，该矩形的高(h)乘宽(w)的尺寸约等于1mm×2mm。在绿光实施例中h×w约等于1.5mm×2mm；在UV光实施例中h×w约等于1.1mm×1.5mm。除非另有说明，下面的说明书假设部件CN呈盒状。
元件59的每个盒状部件通常具有相同的截面积，因而给出各部件的尺寸的通式：
LN×h×w                                    (1)
其中LN为部件CN的长度，h为各部件的高度，w为各部件的宽度，其中该长、高和宽彼此正交。
设置每个部件CN的长度LN以使至少两个部件CN具有不同的长度。在本发明的一些实施例中，每两个部件之间的长度Δls差满足下面的表达式：
Δ l s ≥ c L 2 n - - - ( 2 )
其中n为部件CN的材料的折射率。
射入部件CN的光束(光束58)反射为子光束66、68、70、72和74的组78。子光束组78的偏振角度经过波片56旋转45°，其导致该偏振面与光束54的偏振面正交，因此组78穿过分束器52，并作为射出的准直子光束的组80从分束器射出。应当了解的是，对于满足表达式(2)的实施例，在组78中任意两束子光束之间的光程差2Δl·n大于或等于相干长度cL，因此组80彼此不相干。对于不满足表达式(2)的实施例，部件CN的长度差导致组80中的子光束彼此至少部分不相干。因此，部件CN用作将入射到这些部件上的基本上准直的相干光束，转变为射出至少部分不相干的基本上准直的子光束的反射系统。
子光束组80入射到包括透明光学部件B1、B2、B3、…、BN的阵列的相干性降低元件25上，其中N为整数，此处也将这些部件统称为部件BN。部件BN通常由基本上相同的材料制成，并粘在一起以形成元件25。例如，元件25设为包括5个光学部件B1、B2、B3、B4和B5。部件BN设置为具有平行的前切面和后切面，前切面和后切面都具有抗反射涂层。设置上述透镜20以使该透镜的后焦面位于部件CN和BN之间的区域中。
在本发明的一个实施例中，每一部件BN呈盒状，并且除非另有说明，下面的说明书假设部件BN呈具有由式(1)给出的尺寸的盒状。
设置各部件BN的长度LN以使至少两个部件BN具有不同的长度。在本发明的一些实施例中，每两个部件BN之间的长度Δll差满足下面的表达式(3)：
Δ l l ≥ c L ( n - 1 ) · Q - - - ( 3 )
其中，Q为由元件59产生的不同光路的数目，相当于在该元件中不同长度部件的数目；
和n为部件BN的材料的折射率。
定位元件25以使组80内的每个子光束进一步被分为穿过该元件的部分以及绕过该元件的部分。通常，定位这些元件以使元件25的高大致与元件59的高垂直。对于组80内的各个子光束，元件25的定位使穿过该元件的部分被分为一些次子光束。
因此组80的每个子光束被分为6束次子光束，其中5束子光束穿过部件BN，一束子光束绕过部件BN。例如，由子光束66(来自部件C1)产生的子光束阵列80被分为具有六束准直子光束的组。通过观测区域10，应当了解，相干性降低元件25和相干性降低元件59用作组合相干性降低元件101。可见，30束基本上准直的子光束由元件101产生，并且由基本上准直的子光束的组102输出。
在本发明的可选实施例中，表达式(2)和(3)分别变为表达式(4)和(5)：
Δ l s ≥ c L 2 n · Q - - - ( 4 )
其中，Q为由元件25产生的光路的数目，相当于在该元件中不同长度部件的数目加1。
Δ l l ≥ c L ( n - 1 ) - - - ( 5 )
根据表达式(2)至(5)，应当了解，数目Q可用于决定在例如元件101的组合相干性降低元件中的元件之一的部件的长度。当该组合的其它元件为反射元件时，Q的值相当于该反射元件的不同长度部件的数目。当该组合的其它元件为透射元件时，Q的值相当于该透射元件的不同长度部件的数目。
可见，通常对于区域10，可具有p个在由部件BN形成的透射系统中的不同长度部件，以及q个在由部件CN形成的反射系统中的不同长度部件，在这种情况下，该组合相干性降低元件输出(p+1)·q束准直子光束。
如上所述，每个部件BN的长度不同，每个部件CN的长度也不同。如果部件CN和BN遵循表达式(2)和(3)，或遵循表达式(4)和(5)，那么该不同的部件长度导致组102中的各子光束被充分地光延迟以使其与该组的其它子光束不相干。关于Δls和Δll的表达式的其它组对，包括表达式(2)至(5)的整倍数并且导致组102中的各个子光束被充分地光延迟以使其基本上与该组的其它子光束不相干的表达式，已为本领域技术人员所知。假设所有这些表达式都包括在本发明的范围之内。
如果部件CN和BN不遵循所述表达式，而是选择他们不同的长度以使组102中的各个子光束具有不同的光延迟，那么在组102中的各个子光束通常与该组的其它子光束至少部分不相干。
准直子光束的组102输入到光合成器42，下面参照图4更详细地描述光合成器42。
在上面的描述中，假设部件BN和CN由基本上呈盒状的一些部件形成。这些部件产生所需的光程长度差，同时使准直输入光束输出为准直的子光束。参照图2描述具有这些特性的其它部件以及那些不呈盒状的部件。
图2示出了根据本发明实施例如部件BN和CN的相干性降低元件的部件的可选的设置方式的一些例子。
阵列110包括盒状部件并通常与元件25相似。阵列110可设置为透射或反射系统。但是，排列阵列110以使光沿垂直于该阵列的部件的侧面的方向入射在该阵列上，而不是如元件25的那样以垂直于该部件的边缘(edge)的方向入射。阵列110的各盒状部件的厚度可以相同或不同，应当注意的是，该阵列将入射在其上的光束分为具有不同延迟的子光束。
阵列120包含以棒122形式的部分，以及围绕该棒的多个同心圆柱124。以顶视图126和截面图128示出阵列120。阵列120具有相互平行的下切面130和上切面132。
以顶视图144和截面图146示出阵列140。阵列140包括多个棱镜142。例如，阵列140包括六个直立棱柱，每个直立棱柱具有呈扇型的基底。阵列140具有彼此平行的上切面148和下切面150。
形成各个阵列120和140以使其一些部分的长度与该阵列的其它部分的长度不同。如果该阵列设置为透射系统，通常上和下切面镀有抗反射层。如果该阵列设置为反射系统，上或下切面之一镀有反射层。
在阵列110、120或140为透射系统的实施例中，该阵列内的光通过的路径满足表达式(3)和(4)，或表达式(6)和(7)。在阵列110、120或140为反射系统的实施例中，该光通过的路径满足表达式(2)或(5)。
本领域熟练技术人员能够形成具有与此处例举的阵列相同特性的其它阵列，即，对准直入射光束产生不同的光程以输出至少部分不相干的准直子光束的特性。例如，可从具有公共边缘的四个盒状元件形成该阵列，大致类似于阵列140。假设所有这些阵列包含在本发明的范围之内。
回到图1，可以理解的是，部分10为用于组合阵列的系统的一个例子，每个阵列提供多个光程长度，并且所有这些阵列连续设置在缩小其光斑的准直光束的路程中。其它组合，例如，在部分10中，构成取代部件BN的透射系统的定位阵列120(图2)以及构成取代部件CN的反射系统的阵列140，对本领域熟练技术人员来说是显而易见的。同样明显的是，这些阵列的连续组合不限于两个阵列，因此基本上任何适当数目的透射和/或反射阵列都可以以连续的形式设置。可以理解的是，配置阵列的组合以使由该组合产生的子光束的光通量大致相等。
图3A示意性地示出了根据本发明实施例的在装置11的初始部分150中使用的两个透射阵列，图3B为这两个阵列的示意性透视图。除了下面所述的不同之处之外，部分150的操作与部分10(图1)的操作大致相似，因此在部分150和10中相同的参考标记表示的部件在结构和操作方面大体相同。对于部分150，cL的值设为1mm。阵列152和阵列154连续耦合，通常位于光束22内部以使透镜20用作傅立叶透镜，即，面对该透镜的阵列152的部件的边缘大致位于该透镜的焦平面处。每个阵列152和154都被设为包括盒状的块(block)，其形状大体上与元件25的形状相同，以使表达式(1)适用于每个阵列。两个阵列都设为由折射率n＝1.5的材料制成。如图3B中所示，两个阵列对接在一起并且在垂直和水平方向上互相补偿。这种设置确保了光束22的不同部分可绕过这两个阵列、可各自穿过这些块的每一个、或者可以穿过阵列152的块和阵列154的块的所有可能组合。
阵列152包括具有长度SN的五个块，其中SN表示以mm为单位的该阵列的第N个块的长度。长度SN满足由表达式(5)给出的条件，因此
Figure BSA00000452225400091
例如，满足该条件的阵列152的长度S1、S2、S3、S4和S5分别设为2、4、6、8和10mm。
阵列154包括具有长度MN的四个块，其中MN表示以mm为单位的该阵列的第N个块的长度。长度MN满足由表达式(3)给出的条件，其中Q＝6，因为阵列152为定义了六条使光透过该阵列的光路的透射阵列，这六条光路包括绕过该阵列的一条光路以及穿过该阵列的不同块的五条光路。因此，对于长度MN，
Figure BSA00000452225400092
例如，满足该条件的阵列154的长度M1、M2、M3和M4分别设为12、24、36和48mm。
由阵列152定义的六条光路具有的光学材料的长度由{0，2，4，6，8，10}设定。阵列154定义了五条使光透过该阵列的光路，这五条光路包括绕过该阵列的一条光路以及穿过该阵列的不同块的四条光路。这五条光路具有的光学材料的长度由{0，12，24，36，48}设定。
包括总共5+4＝9个块的连续的两个阵列相互设置以使产生具有(5+1)·(4+1)＝30束射入光合成器42的准直子光束的组156。每一子光束跟随具有光学材料的不同长度的光路。在这30条不同的光路中光学材料的长度由矩阵M设定：
M = 0 + 0 0 + 2 0 + 4 0 + 6 0 + 8 0 + 10 12 + 0 12 + 2 12 + 4 12 + 6 12 + 8 12 + 10 24 + 0 24 + 2 24 + 4 24 + 6 24 + 8 24 + 10 36 + 0 36 + 2 36 + 4 36 + 6 36 + 8 36 + 10 48 + 0 48 + 2 48 + 4 48 + 6 48 + 8 48 + 10 =
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 - - - ( 8 )
由矩阵M设定的这些长度表明，这些光路的特性为，每个光路凭借至少足够使在该光路中的子光束与相应的所有其它光路的子光束不相干的光程而与所有其它光路不同。本领域熟练技术人员将能够形成用于例如阵列152和154的阵列的其它长度值，其中该组合阵列的光程差具有上面给出的特性，并且所有这些组合阵列都假设为包含在本发明的范围之中。
本领域熟练技术人员也能够形成用于例如阵列152和154的阵列的其它长度值，其中这些组合阵列的光路的特性为，每一光路凭借使在该光路中的子光束至少部分与所有其它光路的子光束不相干的光程而与所有其它光路不同，并且所有这些组合阵列也都设为包含在本发明的范围之中。
在本发明的一个实施例中，设置阵列152和154以使沿着具有由矩阵M设定的长度的不同光路的每个子光束具有大致相等的光通量。因此，如果光束22具有大致均匀的强度分布，这些阵列被设置为使每一子光束具有大致相同的截面。或者，如果光束22具有非均匀分布，可调整阵列152和/或阵列154的块的横截面的尺寸以改变子光束的横截面，从而补偿该非均匀性。
一般认为对于部分150而言，如果透射部件的第一阵列具有r个不同长度的部件，且透射部件的第二阵列具有s个不同长度的部件，则该组合相干性降低元件输出(r+1)·(s+1)束准直子光束。
图4为根据本发明实施例的装置11的光合成器42的示意图。为便于说明，将装置11假设为包含将子光束的组156传递至该合成器的初始部分150(图3A和3B)。合成器42包括第一会聚微透镜阵列160，其后设有第二会聚微透镜阵列162和傅立叶透镜164。
阵列160和162都包括通常设置为矩形或六角形阵列的小透镜的矩阵，每个透镜都具有约15mm的焦距和约0.3mm的直径。这些阵列通常根据他们的焦距分开设置。发明者们发现合适的透镜阵列由Suss MicroOptics SA of Neuchatel，Switzerland制造，并已经在本发明的绿光实施例中使用了他们的CC-Q-300，0.5°阵列，在本发明的UV光实施例中使用了他们的CC-Q-300 1°阵列。利用这些阵列，合成器42的结构产生包含第一微透镜阵列160的均匀孔径的方形图像(square image)。
会聚透镜164的焦距通常约为250mm，并设置在使其前焦面大致在阵列162的焦面处，使其后焦面大致在接收模块166的入射光孔170处的位置处。具有会聚透镜的这两个阵列的结构起着蝇眼式聚光器作用，将来自阵列154(图3A和3B)的每个部件的成像(image)而产生的均匀光分布成像(image)至光瞳170。
因而接收模块166接收至少部分不相干的、在部分150中由不相干子光束形成的准直光束168，因此该光束实际上显示出没有光斑。
可以认为，光合成器42是能够接收多个至少部分不相干的准直子光束、均化这些子光束、并由这些均化了的子光束产生准直输出光束的装置的一个例子。本领域熟练技术人员能够形成具有这些特性的其它光合成器，包括但不限于使用全息部件的合成器，并假设所有这些合成器都包含在本发明的范围之内。
同样可以认为，尽管上述这些实施例将两个连续工作的相干性降低部件相组合，但是对于可连续组合的这种元件的数目基本上没有限制。此外，该组合的元件可以是反射元件或者是透射元件。例如，组合的相干性降低元件可包括跟在第一和第二透射元件后的反射元件。因此，相干性降低元件的所有这些组合都设为包含在本发明的范围之内。
应当理解的是，在光通过装置11的通路中，光束准直以及入射光束的偏振基本上得到保持。此外，可选择该装置的元件以使在这些元件中的能量损失极小，并且一般不会损坏这些元件。同样应当理解的是，由于这些相干性降低元件能够容许不对准，该装置的部件所需的光学对准最小化。
图5为根据本发明实施例的光斑缩小装置11的初始部分250的示意图。除下面所述的差别之外，部分250的操作与部分10(图1)的操作基本相似，因此在部分250和10中相同的参考标记表示的部件在结构和操作方面大体相同。不具备第二相干性降低部件25，部分250只具有一个相干性降低阵列59，而且来自阵列59的基本上准直的子光束直接射入光合成器42。光合成器42如上面参照图4所述的那样工作，在微透镜阵列160处接收出射的子光束的组80。
图6为根据本发明实施例的光斑缩小装置11的初始部分300的示意图。除下面所述的差别之外，部分300的操作与部分150(图3A)的操作基本相似，因此在部分300和150中相同的参考标记表示的部件在结构和操作方面大体相同。不具备第二相干性降低部件154，部分300只具有一个相干性降低阵列152，而且来自阵列152的光以基本上准直的子光束的组302的形式射出该阵列。光合成器42如上面参照图4所述的那样工作，在微透镜阵列160处接收组302。
上文中所述的因素表明，本发明的实施例可产生相互之间完全不相干的子光束，或者至少部分相互不相干的子光束。在考虑材料的成本和/或元件的透光度的情况下，优选使用那些产生至少部分不相干子光束的实施例。
应当理解的是，上述实施例作为举例说明而引用，而且本发明并不限于上文中特别示出和描述的那些实施例。而且，本发明的范围包括上文中所述的各种特征组合和再组合，以及本领域熟练技术人员在阅读上面的说明书时会产生的和现有技术中没有披露的变化和修改。

Claims (54)

1.一种用于缩小光斑的装置，包括：
第一相干性降低元件，它包含由一组第一透明部件组成的第一阵列，所述第一透明部件被设置为各自接收一光束中不同的第一部分，所述第一透明部件相对于穿过其中的光束具有至少两种不同的光程，并输出所述相应的第一部分作为各自基本上准直的第一子光束；
第二相干性降低元件，它包含由一组第二透明部件组成的第二阵列，所述第二透明部件被设置为接收每个所述第一子光束的各自不同的第二部分，所述第二透明部件相对于穿过其中的光束具有至少两种不同的光程，并输出所述相应的第二部分作为各自基本上准直的第二子光束；以及
光合成器，其被设置为将所述第二基本准直子光束合成为基本准直的输出光束，
其中，所述第一和第二相干性降低元件中的一个或两者进一步包括一绕过部分，以允许所述光束的一部分绕过所述第一和第二相干性降低元件中的至少一个。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述光束包括具有相干长度的相干光束，其中所述第一透明部件的两个或更多个光程彼此相差至少所述相干长度。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述光束包括具有相干长度的相干光束，其中所述第二透明部件生成的两个或更多个光程彼此相差至少所述相干长度。
4.如权利要求1所述的装置，包括产生作为单模相干光束的光束的单模相干光源。
5.如权利要求1所述的装置，包括产生作为多模相干光束的光束的多模相干光源。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一和第二透明部件中的至少一个为具有一对平行切面的棱镜的形式，通过至少一个切面传送所述光束的相应部分。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述棱镜为直立棱柱。
8.如权利要求7所述的装置，其中，所述直立棱柱包括矩形基底。
9.如权利要求6所述的装置，其中，所述第一和第二透明部件中的至少一个包括透射部件。
10.如权利要求6所述的装置，其中，所述第一和第二透明部件中的至少一个包括反射部件。
11.如权利要求1所述的装置，其中，所述光束包括绕过所述第一和第二相干性降低元件的至少一个的绕过部分。
12.如权利要求1所述的装置，其中，所述光束为具有相干长度的相干光束，其中所述第一和第二透明部件中的至少一个的两个光程彼此相差至少所述相干长度。
13.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一阵列包括一定数目的所述第一透明部件，其中由所述第二透明部件产生的所述至少两种不同的相应的光程为所述数目的函数。
14.如权利要求1所述的装置，其中，所述第二阵列包括一定数目的所述第二透明部件，其中由所述第一透明部件产生的所述至少两种不同的相应的光程为所述数目的函数。
15.如权利要求1所述的装置，其中，每一第二基本上准直的子光束穿过相应的组合光路，其中选择由所述第一透明部件产生的所述相应的光程以及所述第二透明部件产生的所述相应的光程以使所述相应的组合光路相互不同。
16.如权利要求15所述的装置，其中，所述光合成器包括均化所述准直的输出光束的多个透镜。
17.一种用于缩小光斑的装置，包括：
相干性降低元件，它包括一个由透明部件组成的阵列，所述透明部件被设置为各自接收入射在所述元件上的光束的不同部分，所述透明部件相对于穿过其中的光束各自具有至少两种不同的光程，并输出所述相应的部分作为各自基本上准直的子光束；和
光合成器，其被设置为将所述基本上准直的子光束合成为一条基本上准直的输出光束，
其中，所述相干性降低元件进一步包括一绕过部分，以允许所述光束的一部分绕过所述相干性降低元件。
18.如权利要求17所述的装置，其中，所述光合成器包括均化所述准直输出光束的多个透镜。
19.一种用于缩小光斑的方法，包括：
设置第一相干性降低元件，该第一相干性降低元件包括由一组第一透明部件组成的第一阵列，以各自接收入射在所述第一相干性降低元件上的光束的不同第一部分，所述第一透明部件相对于穿过其中的光束各自产生至少两种不同的光程；
从所述第一透明部件输出所述相应的第一部分作为各自第一基本准直子光束；
设置第二相干性降低元件，该第二相干性降低元件包括由一组第二透明部件组成的第二阵列，以接收所述光束中每个第一准直子光束的各自不同的第二部分，所述第二透明部件相对于穿过其中的光束各自产生至少两种不同的光程；
使所述光束的一部分通过所述第一和第二相干性降低元件中的至少一个的绕过部分；
从所述第二透明部件输出所述相应的第二部分作为各自第二基本准直子光束；以及
设置一光合成器，以将所述第二基本准直子光束合成为基本准直的输出光束。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述光束包括具有相干长度的相干光束，其中由所述第一透明部件产生的两种或更多种光程彼此相差至少所述相干长度。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述光束包括具有相干长度的相干光束，其中由所述第二透明部件产生的两种或更多种光程彼此相差至少所述相干长度。
22.如权利要求19所述的方法，包括产生作为单模相干光束的光束。
23.如权利要求19所述的方法，包括产生作为多模相干光束的光束。
24.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一和第二透明部件中的至少一个为具有一对平行切面的棱镜的形式，并包括通过至少一个所述平行切面传送所述准直光束的相应部分。
25.如权利要求24所述的方法，其中，所述棱镜为直立棱柱。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述直立棱柱包括矩形基座。
27.如权利要求24所述的方法，其中，所述第一和第二透明部件中的至少一个包括透射部件。
28.如权利要求24所述的方法，其中，所述第一和第二透明部件中的至少一个包括反射部件。
29.如权利要求19所述的方法，其中，所述光束包括绕过所述第一和第二相干性降低元件的至少一个的绕过部分，其中合成所述第二准直子光束包括将所述绕过部分与所述第二准直子光束组合。
30.如权利要求19所述的方法，其中，所述光束为具有相干长度的相干光束，其中所述第一和第二透明部件中的至少一个的两个光程彼此相差至少所述相干长度。
31.如权利要求19所述的方法，其中，合成所述第二准直子光束包括均化所述准直输出光束。
32.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一阵列包括一定数目的所述第一透明部件，其中由所述第二透明部件产生的不同的相应的光程为所述数目的函数。
33.如权利要求19所述的方法，其中，所述第二阵列包括一定数目的所述第二透明部件，其中由所述第一透明部件产生的不同的相应的光程为所述数目的函数。
34.如权利要求19所述的方法，其中，每一第二基本上准直的子光束穿过相应的组合光路，其中选择由所述第一透明部件产生的所述相应的光程和由所述第二透明部件产生的所述相应的光程以使所述相应的组合光路相互不同。
35.一种用于缩小光斑的方法，包括：
设置相干性降低元件，该相干性降低元件包括由透明部件组成的阵列，以各自接收入射在所述相干性降低元件上的光束的不同部分，所述透明部件相对于穿过其中的光束各自具有至少两种不同的光程，并输出所述相应的部分作为各自基本上准直的子光束；以及
使所述光束的一部分通过所述相干性降低元件的绕过部分；以及
设置一光合成器，以将所述基本上准直的子光束合成为一条基本上准直的输出光束。
36.如权利要求35所述的方法，其中，所述光合成器包括均化所述准直输出光束的多个透镜。
37.一种用于缩小光斑的装置，包括：
光束发散元件，被设置成将光束的多个模式均匀地漫布在该光束发散元件的远场平面上的发散光束中，以在第一相干性降低元件上划分光束的每一模式；
会聚透镜，被配置成将所述发散光束准直成基本上准直的光束；第一相干性降低元件，它包含由一组第一透明部件组成的第一阵列，所述第一透明部件被设置为各自接收一光束中不同的第一部分，所述第一透明部件相对于穿过其中的光束具有至少两种不同的光程，并输出所述相应的第一部分作为各自基本上准直的第一子光束；
第二相干性降低元件，它包含由一组第二透明部件组成的第二阵列，所述第二透明部件被设置为接收每个所述第一子光束的各自不同的第二部分，所述第二透明部件相对于穿过其中的光束具有至少两种不同的光程，并输出所述相应的第二部分作为各自基本上准直的第二子光束；以及
光合成器，其被设置为将所述第二基本准直子光束合成为基本准直的输出光束，
其中，所述第一和第二相干性降低元件中的一个或两者进一步包括一绕过部分，以允许所述光束的一部分绕过所述第一和第二相干性降低元件中的至少一个。
38.如权利要求37所述的装置，其中，所述光束包括具有相干长度的相干光束，其中所述第一透明部件的两个或更多个光程彼此相差至少所述相干长度。
39.如权利要求37所述的装置，其中，所述光束包括具有相干长度的相干光束，其中所述第二透明部件生成的两个或更多个光程彼此相差至少所述相干长度。
40.如权利要求37所述的装置，包括产生作为单模相干光束的光束的单模相干光源。
41.如权利要求37所述的装置，包括产生作为多模相干光束的光束的多模相干光源。
42.如权利要求37所述的装置，其中，所述光束包括绕过所述第一和第二相干性降低元件的至少一个的绕过部分。
43.如权利要求37所述的装置，其中，所述光束为具有相干长度的相干光束，其中所述第一和第二透明部件中的至少一个的两个光程彼此相差至少所述相干长度。
44.如权利要求37所述的装置，其中，每一第二基本上准直的子光束穿过相应的组合光路，其中选择由所述第一透明部件产生的所述相应的光程以及所述第二透明部件产生的所述相应的光程以使所述相应的组合光路相互不同。
45.一种用于缩小光斑的装置，包括：
光束发散元件，被设置成将光束的多个模式均匀地漫布在该光束发散元件的远场平面上的发散光束中，以在第一相干性降低元件上划分光束的每一模式；
会聚透镜，被配置成将所述发散光束准直成基本上准直的光束；
相干性降低元件，它包括一个由透明部件组成的阵列，所述透明部件被设置为各自接收入射在所述元件上的光束的不同部分，所述透明部件相对于穿过其中的光束各自具有至少两种不同的光程，并输出所述相应的部分作为各自基本上准直的子光束；和
光合成器，其被设置为将所述基本上准直的子光束合成为一条基本上准直的输出光束，
其中，所述相干性降低元件进一步包括一绕过部分，以允许所述光束的一部分绕过所述相干性降低元件。
46.一种用于缩小光斑的方法，包括：
设置光束发散元件，以将光束的多个模式均匀地漫布在该光束发散元件的远场平面上的发散光束中，以在第一相干性降低元件上划分光束的每一模式；
设置会聚透镜，以将所述发散光束准直成基本上准直的光束；
设置第一相干性降低元件，该第一相干性降低元件包括由一组第一透明部件组成的第一阵列，以各自接收入射在所述第一相干性降低元件上的光束的不同第一部分，所述第一透明部件相对于穿过其中的光束各自产生至少两种不同的光程；
从所述第一透明部件输出所述相应的第一部分作为各自第一基本准直子光束；
设置第二相干性降低元件，该第二相干性降低元件包括由一组第二透明部件组成的第二阵列，以接收所述光束中每个第一准直子光束的各自不同的第二部分，所述第二透明部件相对于穿过其中的光束各自产生至少两种不同的光程；
使所述光束的一部分通过所述第一和第二相干性降低元件中的至少一个的绕过部分；
从所述第二透明部件输出所述相应的第二部分作为各自第二基本准直子光束；以及
设置一光合成器，以将所述第二基本准直子光束合成为基本准直的输出光束。
47.如权利要求46所述的方法，其中，所述光束包括具有相干长度的相干光束，其中由所述第一透明部件产生的两种或更多种光程彼此相差至少所述相干长度。
48.如权利要求46所述的方法，其中，所述光束包括具有相干长度的相干光束，其中由所述第二透明部件产生的两种或更多种光程彼此相差至少所述相干长度。
49.如权利要求46所述的方法，包括产生作为单模相干光束的光束。
50.如权利要求46所述的方法，包括产生作为多模相干光束的光束。
51.如权利要求46所述的方法，其中，所述光束包括绕过所述第一和第二相干性降低元件的至少一个的绕过部分，其中合成所述第二准直子光束包括将所述绕过部分与所述第二准直子光束组合。
52.如权利要求46所述的方法，其中，所述光束为具有相干长度的相干光束，其中所述第一和第二透明部件中的至少一个的两个光程彼此相差至少所述相干长度。
53.如权利要求46所述的方法，其中，每一第二基本上准直的子光束穿过相应的组合光路，其中选择由所述第一透明部件产生的所述相应的光程和由所述第二透明部件产生的所述相应的光程以使所述相应的组合光路相互不同。
54.一种用于缩小光斑的方法，包括：
设置光束发散元件，以将光束的多个模式均匀地漫布在该光束发散元件的远场平面上的发散光束中，以在第一相干性降低元件上划分光束的每一模式；
设置会聚透镜，以将所述发散光束准直成基本上准直的光束；
设置相干性降低元件，该相干性降低元件包括由透明部件组成的阵列，以各自接收入射在所述相干性降低元件上的光束的不同部分，所述透明部件相对于穿过其中的光束各自具有至少两种不同的光程，并输出所述相应的部分作为各自基本上准直的子光束；以及
使所述光束的一部分通过所述相干性降低元件的绕过部分；以及
设置一光合成器，以将所述基本上准直的子光束合成为一条基本上准直的输出光束。
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