你是否也曾幻想，自己化身孫悟空，手持如意金箍棒，斬妖除魔?在超快激光加工的世界里，我們正面臨著一個(gè)隱藏在光路中的“小妖怪”——零級(jí)光。別看它個(gè)頭不大，但它會(huì)悄悄影響加工精度，給你制造不少麻煩。今天，我們就以《黑神話：悟空》為靈感，來(lái)一場(chǎng)光學(xué)領(lǐng)域的除妖之戰(zhàn)!

01、零級(jí)光

零級(jí)光妖怪的來(lái)歷

在激光加工的“天庭”里，空間光調(diào)制器(SLM)擔(dān)任著掌控光線的“天將”角色。它負(fù)責(zé)對(duì)光束進(jìn)行相位調(diào)制，將其轉(zhuǎn)化為理想的光場(chǎng)。然而，事情并不總是那么順利——由于SLM的“像素”之間存在空隙，有些光束無(wú)法被調(diào)制，它們反射出來(lái)，匯聚成了一個(gè)不請(qǐng)自來(lái)的小妖怪——零級(jí)光。

就像孫悟空修煉成神之前遇到的那些“小妖怪”一樣，零級(jí)光雖然不起眼，但它隨時(shí)可能跳出來(lái)?yè)v亂，破壞加工效果。

如何逮住零級(jí)光?

我們先看一下空間光調(diào)制器基礎(chǔ)加工光路：

在設(shè)計(jì)加工光路時(shí)，SLM需要成像到光學(xué)系統(tǒng)的加工平面，通常位于聚焦物鏡的前焦面。物鏡的前后焦面具有傅里葉變換關(guān)系，SLM在前焦面加載相位信息，即可在后焦面生成所需光場(chǎng)。由于SLM與物鏡的距離大于焦距，其相位/振幅分布會(huì)引發(fā)衍射導(dǎo)致光束畸變，因此需使用4f系統(tǒng)來(lái)真實(shí)重現(xiàn)SLM的相位和振幅。4f系統(tǒng)設(shè)計(jì)為SLM在第一個(gè)透鏡前焦面，兩個(gè)透鏡相距2f，像平面位于第二透鏡后焦面，物平面與像平面相距4f。

經(jīng)相機(jī)觀察到經(jīng)聚焦物鏡聚焦到樣品表面的光斑---“HPK”字樣

大家注意看，除了調(diào)制后的光斑外，還會(huì)出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)，即零級(jí)光。由于SLM的像素間存在間隔，入射到間隔部分的光未被調(diào)制，且玻璃表面有一部分光直接反射未被調(diào)制。這些未調(diào)制的光匯聚在透鏡后焦點(diǎn)上，形成零級(jí)光。

02、應(yīng)對(duì)方案

孫悟空的斗法——如何降服零級(jí)光妖怪

既然妖怪已經(jīng)現(xiàn)身，那我們?cè)撊绾谓柚鷮O悟空的智慧和戰(zhàn)斗力來(lái)降服它?有幾種戰(zhàn)術(shù)可以讓你從容應(yīng)對(duì)，趕跑這位“妖孽”。

第一式：如意棒法——硬件出擊，精準(zhǔn)出手

孫悟空的如意金箍棒能變大變小，隨心所欲。而在激光加工中，硬件的優(yōu)化就像悟空的棒法一樣靈活強(qiáng)大。首先要保證入射的激光是純凈的水平偏振光，因?yàn)闉I松的相位型SLM只對(duì)水平偏振光進(jìn)行調(diào)制。如果入射光偏振不對(duì)，零級(jí)光妖怪會(huì)更囂張。

你可以通過(guò)半波片+PBS組合，確保偏振方向完美無(wú)誤。許多“天命人”(用戶)初次使用SLM時(shí)，零級(jí)光非常明顯，往往就是因?yàn)槠駴](méi)有調(diào)節(jié)好，就像悟空的棒法還不夠純熟。記得，如果使用綠光激光，人眼對(duì)綠光特別敏感，這時(shí)不妨借助“火眼金睛”——相機(jī)來(lái)觀察零級(jí)光的強(qiáng)弱。

第二式：金箍棒三段擊——軟件法術(shù)，降妖伏魔

就像孫悟空對(duì)付妖怪時(shí)不僅依賴金箍棒，還善于施展各種法術(shù)，我們也可以通過(guò)不同的軟件算法來(lái)“施法”，驅(qū)逐零級(jí)光。

下面我們一一詳細(xì)介紹這幾種方法：

1. “騰云駕霧”之菲涅爾相位法

通過(guò)在SLM上疊加菲涅爾透鏡相位，你可以將衍射圖像“騰云駕霧”般在光軸上移動(dòng)，而零級(jí)光妖怪依然困在原地。疊加相位后，衍射圖像會(huì)沿光軸前后移動(dòng)，而零級(jí)光因未被SLM調(diào)制，最強(qiáng)的位置仍保持在透鏡的后焦點(diǎn)。通過(guò)疊加菲涅爾透鏡相位，可以在z方向上將衍射圖像與零級(jí)光分離開(kāi)。這一招很簡(jiǎn)單，但并不能完全消滅它，只能暫時(shí)把它“困住”——就像悟空一棒將妖怪打飛，卻未徹底除掉。

2. “分身術(shù)”之閃耀光柵法

這一招可厲害了!借助閃耀光柵相位，你可以將衍射圖像橫向移動(dòng)，就像悟空的分身術(shù)，將圖像與零級(jí)光妖怪分開(kāi)。對(duì)于使用了4F系統(tǒng)的空間光調(diào)制器系統(tǒng)，可以在4f系統(tǒng)的中央焦點(diǎn)位置放置一個(gè)光擋，就可以徹底的擋住零級(jí)光，使其再也無(wú)法作祟。這一招威力強(qiáng)大，能徹底解決零級(jí)光，但光路設(shè)計(jì)稍復(fù)雜，就像悟空的分身術(shù)需要精準(zhǔn)掌控。

3. “戳棍”之干涉消除法

還有一種方法，類似于孫悟空用金箍棒戳妖怪。這是在設(shè)計(jì)相位圖時(shí)，主動(dòng)在零級(jí)光的位置生成一個(gè)與其對(duì)立的衍射光點(diǎn)，兩者相互干涉，進(jìn)而抵消掉零級(jí)光。這招雖然看似簡(jiǎn)單，但要精準(zhǔn)戳中，找到合適的強(qiáng)度和相位來(lái)徹底消除零級(jí)光，還需要時(shí)間和耐心，就像悟空用金箍棒戳住妖怪，慢慢將其制服。

如下為疊加菲涅爾透鏡相位的方式降低零級(jí)光影響，調(diào)制后的光與零級(jí)光的z方向上分離，調(diào)節(jié)加工平臺(tái)的高度位置，找到已經(jīng)與零級(jí)光分離開(kāi)的光斑：

悟空的智慧結(jié)晶

在超快激光加工的“西游之路”上，零級(jí)光妖怪雖然煩人，但通過(guò)硬件的精準(zhǔn)調(diào)控和軟件的妙法組合，終能將其降服。無(wú)論是借助如意棒的剛猛之力，還是依靠法術(shù)的巧妙調(diào)度，零級(jí)光注定無(wú)法在光路中肆虐。

下次在激光加工中遇到零級(jí)光時(shí)，別慌!像孫悟空一樣，從容應(yīng)戰(zhàn)，用你的智慧和技能，除掉這個(gè)“小妖怪”吧!

新品推薦!700W藍(lán)寶石SLM

濱松引入了新型號(hào)700W藍(lán)寶石SLM，通過(guò)獨(dú)特的散熱技術(shù)和藍(lán)寶石加持，將LCOS的平均功率閾值從業(yè)界最高的200W以上一舉飆升到了700W以上。實(shí)測(cè)功率密度超過(guò)3127W/cm2。搭載了這一技術(shù)的X15213-03CL在金屬加工領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了LCOS的又一重大突破。

LCOS-SLM(空間光調(diào)制器)X15213 系列產(chǎn)品一覽：

X15213系列提供廣泛的產(chǎn)品陣容，以滿足各種波長(zhǎng)的需求。所有類型都配備一個(gè)具有抗反射涂層的玻璃基板和一個(gè)帶有振鏡的CMOS芯片。

推薦光束直徑 (1/e2) 為8mm或以上。

●鋁鏡型 (-01/-07/-08)

鋁鏡型利用了 CMOS 芯片上鋁電極的反射，具有較寬的反射波段，因此適用于較廣的波長(zhǎng)范圍。

●介電多層鏡型 (-02/-03/-05/-12/-13/-15/-16/-19)

介電多層鏡型的 CMOS 芯片表面上具有專門(mén)設(shè)計(jì)的介電多層膜，可支持各種波長(zhǎng)的激光光源。與鋁鏡型相比，介質(zhì)鏡實(shí)現(xiàn)的反射率越高，內(nèi)部吸收率就越低。可實(shí)現(xiàn)高光利用率。

●水冷型(-02L/-02R/-03L/-03R/-03BL/-03BR/-12L/-12R/-15L/-15R/-16L/-16R/-19L/-19R)

介電多層鏡型的燈頭具有內(nèi)置水冷散熱器，可抑制激光輻照引起的升溫，并實(shí)現(xiàn)高功率處理能力。

●藍(lán)寶石型 (-03CR/-03CL)

除了水冷散熱器外，藍(lán)寶石玻璃還用于玻璃基板。因此，散熱效率得以改進(jìn)，功率處理能力超過(guò)700W。

審核編輯 黃宇