基于布拉格光栅的光源系统和投影机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及投影技术领域，特别是涉及一种基于布拉格光栅的光源系统和投影机。
【背景技术】
[0002]当前很多设备的使用都需要光源，例如液晶显示屏、投影仪等需要通过光线向人们呈现图像的设备。为了使用户能够从以上所述的设备中感受到良好的视觉效果，人们对于设备中的光源如何发射光线以及发射什么光线进行了大量的研宄，开始使用光学元件对光源进行处理后再作输出，这些用于处理和输出光线的元件统称为光源系统。
[0003]以投影机为例，其光源系统一般分为两种，一种是超高压汞灯作为光源，此灯泡的寿命一般在2000小时到4000小时之间，随着灯泡工作时间的增长，会出现亮度减弱，投影图像质量降低的问题，并且灯泡作为投影机唯一的耗材，其价格比较高，因此用户使用投影机成本比较大；另一种是激光光源，主要使用现在不断发展的激光二极管，其具有低能耗、高亮度、寿命长、色彩纯净、色域高和随时开关等优点。然而激光光源所输出的光相干性较大，照射到投影屏上时发生干涉，容易造成散斑的问题。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决的技术问题是提供一种基于布拉格光栅的光源系统和投影机，能够减小输出光线的相干性。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种基于布拉格光栅的光源系统，包括:光源、布拉格光栅以及波长调谐装置；其中，光源用于输出可见光至布拉格光栅；布拉格光栅具有至少两个中心反射波长，布拉格光栅用于输入所述可见光，并从可见光中选择具有至少两个中心反射波长中的一个中心反射波长的光线并输出；波长调谐装置用于设定布拉格光栅的被选择中心反射波长。
[0006]其中，可见光是激光，至少两个中心反射波长均在激光波长范围中。
[0007]其中，激光为红光、绿光和蓝光中的一种或两种以上。
[0008]其中，波长调谐装置通过改变施加在布拉格光栅上的应力、温度或振动来调节布拉格光栅的被选择中心反射波长的设定。
[0009]其中，光源系统进一步包括光路控制装置，连接光源及布拉格光栅，用于控制光源及布拉格光栅输出光线的传输路径。
[0010]其中，光路控制装置为光开关、光环形器和光耦合器中的至少一种。
[0011]为解决上述技术问题，本发明提供一种基于布拉格光栅的投影机，包括光源系统和光阀；光源系统包括光源、布拉格光栅以及波长调谐装置；其中光源用于输出可见光至布拉格光栅；布拉格光栅具有至少两个中心反射波长，布拉格光栅用于输入所述可见光，并从可见光中选择具有至少两个中心反射波长中的一个中心反射波长的光线并输出至光阀；波长调谐装置用于设定布拉格光栅的被选择中心反射波长。
[0012]其中，可见光是激光，至少两个中心反射波长均在所述激光波长范围中。
[0013]其中，激光为红光、绿光和蓝光中的一种或两种以上。
[0014]其中，光源系统进一步包括光开关和光耦合器；其中光开关设置于光源和布拉格光栅之间，用于使光源输出的可见光分路输出；光耦合器设置于布拉格光栅之后，用于使布拉格光栅输出的光线合路输出。
[0015]本发明的有益效果是:区别于现有技术，本发明光源系统首先将波长调谐装置作用于布拉格光栅，设定布拉格光栅的中心反射波长，然后通过光源输出可见光至布拉格光栅，布拉格光栅继而反射输出具有中心反射波长的光线，下一时刻，波长调谐装置重新作用于布拉格光栅，使其具有另一中心反射波长，继而能够输出具有另一中心反射波长的光线，即布拉格光栅在不同时刻能够选择不同波长的光线输出，以减小输出光线的相干性。
【附图说明】
[0016]图1是本发明基于布拉格光栅的光源系统的第一实施方式的结构示意图；
[0017]图2是图1所示光源系统的第一实施方式中布拉格光栅的反射特性示意图；
[0018]图3是本发明基于布拉格光栅的光源系统的第二实施方式的结构示意图；
[0019]图4是本发明基于布拉格光栅的投影机的第一实施方式的结构示意图；
[0020]图5是本发明基于布拉格光栅的投影机的第二实施方式的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]参阅图1，图1是基于布拉格光栅的光源系统的第一实施方式的结构示意图，本实施方式提供了一种光源系统100，包括光源101、布拉格光栅102以及波长调谐装置103。
[0022]光源101用于输出可见光至布拉格光栅102。
[0023]本实施方式中，光源101可以白光光源或激光光源，白光光源一般米用LED发光二极管，根据使用数量可以分为单晶和多晶两种类型。多晶型的发光二极管，即两个或两个以上互补二色LED发光二极管或三原色LED发光二极管，然而不同颜色的LED发光二极管的驱动电压、温度特性以及寿命各不相同，因此本实施方式中优选单晶LED发光二极管，即一个单色的LED发光二极管加上相应的荧光粉，为了提高发光效率，本实施方式中利用紫外光LED加RGB三原色的三波长荧光粉来达到白光的效果。其他实施方式中也可以选择蓝光LED来激发黄色荧光粉。对于激光光源，其具有单色性好、方向性强和光亮度高的优点，优选半导体激光二极管应用于本实施方式。本实施方式中光源101发射的可见光通过光纤传输至布拉格光栅102。
[0024]布拉格光栅102具有至少两个中心反射波长，布拉格光栅102用于输入可见光，并从可见光中选择具有至少两个中心反射波长中的一个中心反射波长的光线并输出。
[0025]布拉格光栅102为光纤布拉格光栅，即纤芯内部形成空间相位周期性分布的光栅，能够将满足一定条件的波长的光反射回来，其余的透射光不受影响，因此布拉格光栅102就起到了光波选择的作用。具体请参阅图2，图2是图1所示光源系统的第一实施方式中布拉格光栅的反射特性示意图。图2中λΒ是布拉格光栅102的中心反射波长，根据耦合理论，其中心反射波长为:
[0026]λΒ=2λεΗΛ
[0027]λ eff是光纤纤芯的有效折射率，Λ是光栅的周期，其中λ @和Λ的改变与温度、应力等有关，当改变布拉格光栅102所处的环境时，能够使λ Β发生偏移，即布拉格光栅102至少有两个中心反射波长，当可见光输入布拉格光栅102时，可通过调节温度等使布拉格光栅102能够选择不同波长的光线进行反射。
[0028]波长调谐装置103用于设定布拉格光栅102的被选择中心反射波长。
[0029]本实施方式中，波长调谐装置103通过温度来调节布拉格光栅102的波长，温度变化，由于光纤材料的热光效应，光栅的折射率Arff会发生变化，由于热胀冷缩效应，光栅的周期Λ也会发生变化；最终导致布拉格光栅102中心反射波长变化。本实施方式中，通过波长调谐装置103周期性的调节温度，使得布拉格光栅102能够周期性的反射具有与温度相应的中心反射波长的光线。
[0030]其他实施方式中，也可以通过应变来调节，例如对布拉格光栅102施加均匀轴向应力，无论是拉伸还是压缩，都会导致光栅的周期Λ的变化，而光纤本身的弹光效应也会使有效折射率Arff发生变化，继而改变布拉格光栅102的中心反射波长λ Β。另一实施方式中，波长调谐装置103还可以通过振动来调节其中心反射波长。
[0031]区别于现有技术，本实施方式中首先通过波长调谐装置调节温度，以设定布拉格光栅的中心反射波长，然后光源输出可见光至布拉格光栅，布拉格光栅继而反射输出具有中心反射波长的光线，波长调谐装置可以通过改变温度，使得布拉格光栅能够选择不同波长的光线输出，以减小输出光线的相干性。
[0032]参阅图3，图3是基于布拉格光栅的光源系统的第二实施方式的结构示意图，本实施方式提供了一种光源系统300，包括光源301、布拉格光栅302、波长调谐装置303以及光路控制装置304。
[0033]光源301用于输出可见光至布拉格光栅302。
[0034]本实施方式中，可见光为激光，即光源301采用激光光源，其中激光光源采用红光、绿光和蓝光中的一种或两种以上。若将光源系统300使用于投影机，则在本实施方式中激光光源301采用红光、绿光和蓝光三原色光。当然在其他实施方式中也可以选择其他颜色的激光光源，如红光、黄光、绿光和蓝光四基色光或者红光、黄光、绿光，青光和蓝光五基色光。若光源系统300使用于其他的设备中，也可以仅选择某一种颜色的光。
[0035]布拉格光栅302具有至少两个中心反射波长，布拉格光栅302用于输入可见光，并从可见光中选择具有至少两个中心反射波长中的一个中心反射波长的光线并输出。
[0036]本实施方式中的光源301为红绿蓝三原色激光光源，其可以适用于投影仪。投影仪的光源301需要能够输出红绿蓝三种颜色的光，因此，在本实施方式中设置三个布拉格光栅302来分别选择红绿蓝三种颜色的光线进行输出。若其中一个布拉格光栅302选择红光光线进行输出，红光波长为620nm?750nm，则其对应的布拉格光栅302可选的至少两个中心反射波长均在红色激光波长范围中，即其中两个中心反射波长分别为650nm、700nm。对于绿光对应的布拉格光栅302以及蓝光对应的布拉格光栅302同样其可选的中心反射波长在绿色或蓝色激光波长范围中。
[0037]波长调谐装置303用于设定布拉格光栅302的被选择中心反射波长。与光源系统的第一实施方式中波长调谐装置103的原理相同，波长调谐装置303通过改变施加在布拉格光栅302上的应力、温度或振动来调节布拉格光栅302的被选择的中心反射波长的设定。本实施方式中，三个布拉格光栅302都有其所对应的波长调谐装置303，其中波长调谐装置303可同时进行温度调节；也可以单独进行温度调节，即各个波长调谐装置303之间没有关联。并且在调节时保证布拉格光栅302中心反射波长的变化范围均在所对应的激光波长范围内，即对应红光的布拉格光栅302的中心反射波长变化范围为620nm?750nm，且波长调谐装置303通过进行微小调动，第一时刻调节中心反射波长为650nm，第二时刻调节中心反射波长为655nm。
[0038]光路控制装置304，连接光源301和布拉格