基于多路径扰动激光器的时空退相干实现散斑抑制的研究

With the advantage of wide color gamut, high saturation, high efficiency electro-optic conversion and the longer life time, the laser display technology become the one of the most potential display technology. But a composite speckle phenomenon exist in the laser imaging, which is caused by the high coherence of the laser. That will impact the imaging resolution and contrast. The speckle reduction can be realized by the screen vibration or rotation, adding some decoherence elements in optical path to change laser phase, and design new laser source with wide spectra. However, all the methods can not eliminate the time and spatial coherence simultaneously..In this project, we propose a method to decoherence the time and spatial coherence of the laser. The time coherence is reduced by chaotic laser subject to optical feedback, while the spatial coherence is reduced by a diaphragm. At the same time, multi-external-cavity are composited by the diaphragm, and that will enrich the chaos complexity. This project will indicate the nonlinear dynamics and the physical mechanism of the chaotic laser with multi-route disturbing; find out the essential condition and mechanism of the decoherence the time and spatial coherence; realize the speckle reduction. It will also provide an easy and stable decoherence source to laser display, expand the research and application filed, enrich the original researches.

激光显示技术凭借其色域空间大、色饱和度高、电光转换效率高、光源寿命长等优势，成为最具潜力的显示技术之一。但由于激光的高相干性，使得其成像伴随有复合散斑，严重影响成像的分辨率和对比度。振动旋转投影屏幕、在光路中添加消相干器件改变激光相位、制作宽谱光源等方式均可从一定程度上实现散斑抑制，但都未能用简易装置同时消除激光在时间、空间的相干性。.本项目提出一种激光时、空间退相干方法，采用光反馈半导体激光器产生混沌以消除激光的时间相干性，利用光阑消除激光空间的相干性，同时光阑造成的多外腔模式复合，可使激光器产生复杂度更高的混沌激光。项目将揭示激光显示用半导体激光器在多路径扰动下的非线性动态规律及物理机制；探明该系统时、空间退相干的必要条件和机理；最终实现散斑抑制。本项目的实施将为激光显示技术提供更为简易、可靠的退相干光源，将拓展退相干激光器的研究和应用领域，激发更多原创性研究。

激光显示技术凭借其色域空间大、色饱和度高、电光转换效率高、光源寿命长等优势，成为继CRT、等离子、LCD/LED 显示技术之后，最具潜力的新一代显示技术之一。但激光投影成像时复合散斑的存在一直是阻碍激光显示技术发展的关键问题。.本项目主要围绕高质量混沌激光产生及其在激光显示领域实现散斑消除方面的性能展开。在多路径扰动半导体激光器非线性动态特性、时空相干性分析、退相干机理、散斑抑制等方面顺利的完成了项目任务。首先建立了多路径扰动半导体激光器的理论模型，完成了该系统非线性动态特性分析；其次，使用激光显示用红光激光器搭建了散斑抑制系统，分析了系统参数对混沌激光相干性的影响，建立了系统参数与散斑对比度的关系，实现了散斑抑制并提出了新的散斑抑制方案；再次，探索了高质量混沌激光的产生及集成，并建立了混沌激光性能评测机制；最后，基于本项目关于混沌激光的研究，对其在安全通信和目标探测领域的应用进行了探索。.本项目顺利按计划完成了各项任务，共发表期刊论文13篇（SCI收录10篇，卓越期刊收录3篇）；申请国际专利3项（澳大利亚革新专利1项已授权，美国发明专利2项），申请国家发明专利7项（授权4项），授权实用新型专利2项；赴国外博士后访问交流2人次，参加学术会议12人次，培养硕士生5名。项目成员中三人入选2018年度山西省“三晋英才”支持计划（赵彤，韩红，郭园园），成员郭园园在2018年获批国家自然科学基金青年项目。