激光加工对光强阈值要求超高的！空间光调制器能做到吗？

之前，我们有过一篇介绍空间光调制器的文章（我的天呐，这么神奇吗？这个小伙伴可以操纵光！）讲到过，光具备与电磁波相同的波的特性，所以同样具有振幅、相位、波长等参数。

其中，我们将光传播时波的周期内一个时间点的位置称为相位，将光相位相同的点连接成的面叫波前。我们使用反射镜、透镜等元件进行的反射、聚焦，从波动的角度看，都是改变了波的相位。也就是说，对光的相位进行操控，便可以实现例如聚焦等的效果。

凸透镜的光聚焦也是对光相位改变的一种表现

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而相位调制除了实现简单的聚焦，还可以进行更复杂的调制。这时候“空间光调制器”（LCOS-SLM）这种光学器件就派上了用场。LCOS-SLM可以根据所需空间模式，将入射激光束透过液晶，进行相位、波前的高度精密调制，自由地控制光束模式。

滨松LCOS-SLM

那LCOS-SLM是如何实现对光相位调制的呢？

原理很简单，LCOS-SLM芯片是由装有驱动像素电路得硅基板、液晶层、带透明电极的玻璃基板组成的，通过电脑端发出的信号，可以对不同像素施加电压来控制液晶分子的排列方向。因液晶分子倾斜，入射光透过液晶后的光程发生改变，进而使各个像素上出射光的相位产生变化，波前也随之改变。

因为光沿波前的垂直方向前进，所以通过LCOS-SLM对波前的控制，可以在实现聚焦效果的同时矫正光学系统中的像差，达到接近理想的聚光状态。正因为具备这些特性，LCOS-SLM在玻璃、半导体材料等的激光加工，以及三维显微镜观察等领域中有着广泛的应用。

不过，各种应用对于LCOS-SLM的性能需求也是有略有不同的。这里，我们主要来聊一下其中一种面向产业的应用——激光加工。

LCOS-SLM在激光加工应用中主要担任了将激光束进行分支并加工的工作，配合激光加工仪器来进行作业，实现同时多点的照射，即在移动激光束的同时对每个点进行照射。这样可大大提高生产效率，也正应用于产线上对高速移动物体的激光打标作业中。

采用LCOS-SLM 进行激光打标作业

为了更多的增加激光的分支数，达到生产效率的进一步提高，对应用于高能激光打码的LCOS-SLM的要求也愈加苛刻。其中有一个不可避免的重要问题，就是高能激光导致的LCOS-SLM过热以及液晶熔化。

想要解决这个问题，就需要LCOS-SLM具有超高光强阈值，简单说，就是要非常十分极其的耐光。

嗯…大概就像这只奥特曼一样…

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虽然这个问题一直成为了LCOS-SLM在激光应用中的难题，但如今得到了完美的解决。

因为…

滨松新一代高耐光水冷型LCOS-SLM诞生了。

滨松新一代高耐光水冷型LCOS-SLM，2017年5月8日正式上市

水冷散热，提高散热效率

提高光强阈值即耐光性，首要的是对发热和温度进行控制。新型LCOS-SLM除了采用了水冷型散热器之外，散热器与封装是全接触式的，封装材料选用的也是热传导效率高的材料，进一步提高了散热效率。

提高镜面反射率，抑制发热

同时，我们也在介质镜上煞费了一番苦心。采用了滨松自主研发的成膜技术生产了电介质多层膜介质镜。通过对电介质多层膜的设计提高了介质镜的反射效率，以此抑制激光吸收以达到控制发热的作用。

自有设计技术，整体优化

从早期的铁电物质和扭曲向列液晶结构开始，到利用光电寻址。滨松的中央研究所和固体事业部致力于空间光调制技术已有近40年的历史。除了产品本身的开发以外，也在推进着LCOS-SLM应用和其光学模块的研发。新产品也从丰富的经验中吸取了设计方面的技术知识和提高产品性能的数据参考，从而实现了新LCOS-SLM产品整体的最佳化。在保持与以往产品同等性能的同时，将发热温度控制到了原有的十分之一，并实现了可谓极致的耐光性，从原来的40W/cm²提高到了210W/cm²以上，因此有望用于100W级高能激光的激光打标等激光加工应用中。

滨松空间光调制器技术的发展

滨松制冷型LCOS-SLM产品一览

通过耐光性的改善，配置了新型滨松LCOS-SLM的激光加工设备就真的厉害了！在实现增加激光束分支个数的同时，还能维持作业所需的光通量。相较以往，生产效率将大大提高！

厉害得我不由自主鼓起了巴巴掌

图片来源：sina.com.tw

今后，滨松对于LCOS-SLM的产品技术、应用研究也将继续推进，进一步提高产品的耐光性，以应对面向激光加工中更高功率激光应用的需求。

同时，我们也正在开发用于精细加工的短波激光相对应的产品，以期滨松LCOS-SLM家族能为更多工业及科研应用带来更好、更实际的帮助。

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