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实现高能激光的波前调制,滨松极高光强阈值空间光调制器面世
发布时间:2017-05-03
光具备与电磁波相同的波的特性,那么则同样具有振幅、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效果。
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。这时候我们就可以用到一种名为“空间光调制器”(LCOS-SLM)的光学器件,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。


 
LCOS-SLM装有驱动像素电路的硅基板和带透明电极的玻璃基板之间夹了液晶层,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,透过液晶的光的光程发生改变,进而照射在各个像素上的激光束的相位产生变化,波前也随之改变。因为光在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。


其中,在激光加工的应用中,组装了LCOS-SLM的激光加工仪器可将激光束进行分支并行加工,同时照射多点,即在移动激光束的同时对每个点进行照射,这样的方法可提高生产效率,也正广泛应用于产线上对高速移动物体的激光打标作业中。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。秉承匠心,滨松一直致力于拥有散热结构介质镜的设计,力求呈现整体设计最佳化,实现将LCOS-SLM温度上升控制在更低限度内,以及具备超强耐光特性。终于于近期为激光打标应用带来了全新惊喜——极耐光水冷型LCOS-SLM面世。(2017年5月8日正式上市)


采用LCOS-SLM 进行激光打标作业 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。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抑制发热的作用。
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。


滨松制冷型LCOS-SLM产品参数一览

通过耐光性的改善,配置了新型滨松LCOS-SLM的激光加工设备,将实现在增加激光束分支个数的同时,维持作业所所需的光通量,相较以往,将大大提高生产效率。
今后,滨松也将继续推进研究,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。此外,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。