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液晶-硅基空間光調(diào)制器（LCOS-SLM）一直以來以高精度和易操控性，被用于各種光斑整型、光場(chǎng)調(diào)控的應(yīng)用中。比如通過在0-2π范圍內(nèi)改變光的相位，產(chǎn)生三維多焦點(diǎn)、貝塞爾光、艾里光、HG模光、LG模光等等，而廣泛應(yīng)用于光通信、生物醫(yī)學(xué)、材料學(xué)、全息等眾多領(lǐng)域。
現(xiàn)代激光加工，以超快激光加工為主，即使用高強(qiáng)度的超快激光進(jìn)行材料加工。具有峰值功率高、熱熔區(qū)域小、加工速度快和重復(fù)精度高的特點(diǎn)。
空間光調(diào)制器可進(jìn)行多種光斑的整形
液晶-硅基空間光調(diào)制器（LCOS-SLM）以其高精度的三維多點(diǎn)整形（通常使用CGH算法調(diào)制相位）功能；產(chǎn)生"長(zhǎng)焦深"的貝塞爾光用于激光切割（下圖）功能；以及可實(shí)時(shí)矯正像差、實(shí)時(shí)通過軟件改變加工激光的聚焦深度和形狀的特性，可作為超快激光加工的理想光束整形器件。
貝塞爾光在激光切割中的應(yīng)用：用貝塞爾光能夠在切割材料上形成一個(gè)更長(zhǎng)的"焦深"，相當(dāng)于對(duì)材料有一個(gè)較深的切割深度，同時(shí)在切割深度上能量分布大體均勻，這樣就容易得到較好的切割效果。
貝塞爾光用于深孔的加工及算法的優(yōu)化：研究者們還開發(fā)了在貝塞爾光基礎(chǔ)上的優(yōu)化算法，消除周邊圓環(huán)，提高深槽質(zhì)量。上海光機(jī)所儲(chǔ)蔚老師（程亞團(tuán)隊(duì)）曾在會(huì)議報(bào)告中講到的Tailoring femtosecond 1.5-μm Bessel beams for manufacturing high-aspect-ratio through-silicon via2，其中實(shí)驗(yàn)則使用了錐棱鏡加相位板。此項(xiàng)也可使用濱松SLM來實(shí)現(xiàn)。
濱松LCOS-SLM高光強(qiáng)閾值性能及研究案例
由于材料和設(shè)計(jì)的限制，器件的抗強(qiáng)光特性還不完善（光強(qiáng)閾值低），截止到2017年，空間光調(diào)制器最高也只能承受幾十瓦/cm2的激光功率密度。所以一直以來，其并未被大范圍應(yīng)用，僅用在了一些特定的激光加工材料上（往往是所需激光能量較低的被加工件），如塑料焊接，晶圓或玻璃切割（濱松專利的SDE激光隱形切割引擎，就是以空間光調(diào)制器為內(nèi)核的）。
隨著產(chǎn)品技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及更廣泛的行業(yè)測(cè)試數(shù)據(jù)的支持，如今濱松的LCOS-SLM被證實(shí)可完全承受255W/cm2的平均功率、幾百兆瓦/cm2的皮秒激光器峰值功率、以及幾十G瓦/cm2的飛秒激光器峰值功率。以下為三個(gè)實(shí)際案例（以下研究，均使用濱松LCOS-SLM完成）：
1.用LCOS-SLM產(chǎn)生自適應(yīng)的多光束激光進(jìn)行薄鋼板切割
芬蘭VTT技術(shù)研究中心研究者利用200W紅外CW激光器成功應(yīng)用LCOS-SLM作為自適應(yīng)CGH（Computer Generated Hologram，計(jì)算全息），切割0.5毫米厚的普通結(jié)構(gòu)鋼板。
2.使用數(shù)字工具進(jìn)行超短脈沖激光燒蝕的新概念
使用高精度的LCOS-SLM可以使生成的點(diǎn)陣能量分布更準(zhǔn)確（更均勻；或者按照研究者需要的加權(quán)實(shí)現(xiàn)不同能量的分布，更準(zhǔn)確）。
高質(zhì)量的多點(diǎn)并行加工并消除零級(jí)光 （中心亮斑，詳解見下圖）
3.用于高平均功率皮秒激光（材料加工應(yīng)用）曝光的LCOS-SLM的熱和光學(xué)性能研究
該研究者專門研究了SLM的熱承受能力，最高使用了220W的1064nm皮秒激光器進(jìn)行了測(cè)試。研究者還提到： "我們使用濱松X10468系列反射式LCOS-SLM十多年了，經(jīng)過多年的連續(xù)運(yùn)行，我們用了峰值功率密度大于10 GW /cm2，平均功率大約12 W的能量，在無冷卻情況下照射SLM，沒有檢測(cè)到儀器有任何性質(zhì)改變。這的確令人印象深刻。"
更多皮秒激光器測(cè)試數(shù)據(jù)：
更多飛秒激光器測(cè)試數(shù)據(jù)：
更多水冷型平均功率測(cè)試數(shù)據(jù)：
LCOS-SLM如何降低高功率激光的強(qiáng)光損傷
一般來講，空間光調(diào)制器受強(qiáng)光損傷的原理有三類：
1、激光能量被SLM吸收，溫度持續(xù)上升，產(chǎn)生相位偏移。
此類損傷閾值是由激光的平均功率所決定的，制冷是提高閾值的最佳辦法。通過添加Heatsink水冷的制冷方法，濱松LCOS-SLM已將平均功率閾值從幾十瓦提高到上百瓦。
通過合作伙伴們對(duì)LCOS-SLM在不同使用環(huán)境，不同功率閾值的測(cè)試。最后的數(shù)據(jù)表明，水冷技術(shù)加持下，濱松LCOS-SLM最高可承受255W/cm2的高功率。目前還在不斷地進(jìn)行更高功率的測(cè)試。
2. 對(duì)于脈沖激光來說，由于單個(gè)脈沖的瞬間能量極高，SLM對(duì)激光的非線性吸收，會(huì)導(dǎo)致其溫度的急速上升和液晶層的損壞。
此類損傷閾值，是由峰值功率決定的，可以通過加介質(zhì)鏡來提高。以具有專利技術(shù)的介質(zhì)鏡為L(zhǎng)COS-SLM的反射層，代替了傳統(tǒng)的鋁材料。提高反射率的同時(shí)，材料對(duì)光能的非線性吸收也有所減少，從而保證了器件可承受高功率閾值。
濱松介質(zhì)鏡涵蓋的波段有390nm-410nm，460nm-560nm，600nm-700nm，750nm-850nm，1000nm-1100nm，532nm&1064nm，1500nm-1600nm。由于LCOS-SLM芯片完全自主研發(fā)，介質(zhì)鏡也可實(shí)現(xiàn)定制化。如今，濱松LCOS-SLM已被用于各類玻璃、藍(lán)寶石、金屬材料的激光加工應(yīng)用中，提高了加工速度和精度，使復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加工成為可能。
3. 激光中的紫外線可能會(huì)對(duì)SLM造成物理?yè)p傷。
此類損傷，是由材料的耐紫程度來決定的。尋找耐紫外的新材料，也是濱松LCOS-SLM技術(shù)研究人員的課題之一。目前也已開發(fā)出毫瓦級(jí)的355nm紫外材料，眼下正致力于實(shí)現(xiàn)"大于3W"的目標(biāo)。
面對(duì)超快激光加工應(yīng)用市場(chǎng)的需求，濱松的工程師們未來還將研發(fā)千瓦級(jí)的LCOS-SLM芯片，不斷將性能向極限推進(jìn)。
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