近日，吉林大學(xué)王磊等人在Science China Technological Sciences發(fā)表了題為"Spatial light modulation for femtosecond laser manufacturing: current developments and challenges"(基于空間光場調(diào)制技術(shù)的飛秒激光制造：當(dāng)前的發(fā)展與挑戰(zhàn))的綜述文章，文章概括了近二十年間，基于空間光場調(diào)制的飛秒激光加工制造及其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。

飛秒激光具有極短的脈沖寬度和高峰值強度，可實現(xiàn)超快速和精確的能量在材料中的沉積。這種獨特的加工能力抑制了熱影響區(qū)的形成，實現(xiàn)了靈活的自由形態(tài)加工。迄今為止，飛秒激光制造已經(jīng)成為微/納加工三維、硬、脆和透明材料領(lǐng)域的一項有前途的技術(shù)。但是傳統(tǒng)的飛秒激光加工方式是逐點掃描的方式，這種方式意味著飛秒激光制造面臨著無法突破的效率問題。但是如果激光的空間光場是隨意調(diào)控的呢?這意味著將省去大量的加工時間，面對不同的加工要求可以將光場調(diào)制成任意的形狀。例如，飛秒貝塞爾光束具有如同細(xì)長的線一樣的光強分布，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體和透明材料鉆孔與切割的;想要在材料內(nèi)部實現(xiàn)亞一百納米的寫入，必須通過一定的波前校正以抑制折射率失配引起的光學(xué)像差;此外，將激光分束或者焦場整形是提高飛秒激光制造和使其成為競爭力高效制造技術(shù)的有效解決方案。為了實現(xiàn)這些目的，基于空間光調(diào)制的飛秒激光制造技術(shù)由于其巨大的靈活性和功能性而應(yīng)運而生。因此，為了應(yīng)對不同的加工場景，改變光場的多樣性以形成獨特的加工策略是必要的。

圖1 (a)像差校正 (b)并行加工 (c)偏振控制 (d)焦場工程

在這篇綜述中介紹了(1)超快激光制造的發(fā)展歷史，并強調(diào)了空間光調(diào)制的重要性。(2)介紹了空間光調(diào)制的一般方法，例如從高斯光束到貝塞爾光束、高階貝塞爾光束和艾里光束的光學(xué)轉(zhuǎn)換等。(3)介紹了基于空間光調(diào)制超快激光加工的代表性應(yīng)用。為了減少折射率不匹配引起的光學(xué)像差，全息圖算法實現(xiàn)不同材料之間的折射率匹配和不同深度之間的快速切換，如圖1(a)所示。為了實現(xiàn)高效率，采用了激光分束的并行處理技術(shù)。如圖1(b)所示。通過開發(fā)3D光場分布，空間光調(diào)制可以運用在快速的3D打印加工中，如圖1(d)所示;空間光調(diào)制還用于偏振控制，這在非線性超快激光加工中是必要的，如圖1(c)所示。(4)介紹了空間光面臨的挑戰(zhàn)。第一是空間光調(diào)制器的限制，其中刷新率和功率上限需要改進。第二是需要高速和高精度的算法。機器學(xué)習(xí)和其他自適應(yīng)算法有潛力開發(fā)出新技術(shù)。

審核編輯 黃宇