激光加工中的“零级光妖怪”，如何智斗这位“不速之客”？——《黑神话：悟空》版

　　你是否也曾幻想，自己化身孙悟空，手持如意金箍棒，斩妖除魔?在超快激光加工的世界里，我们正面临着一个隐藏在光路中的“小妖怪”——零级光。别看它个头不大，但它会悄悄影响加工精度，给你制造不少麻烦。今天，我们就以《黑神话：悟空》为灵感，来一场光学领域的除妖之战!

　　01、零级光

　　零级光妖怪的来历

　　在激光加工的“天庭”里，空间光调制器(SLM)担任着掌控光线的“天将”角色。它负责对光束进行相位调制，将其转化为理想的光场。然而，事情并不总是那么顺利——由于SLM的“像素”之间存在空隙，有些光束无法被调制，它们反射出来，汇聚成了一个不请自来的小妖怪——零级光。

　　就像孙悟空修炼成神之前遇到的那些“小妖怪”一样，零级光虽然不起眼，但它随时可能跳出来捣乱，破坏加工效果。

　　如何逮住零级光?

　　我们先看一下空间光调制器基础加工光路：

　　在设计加工光路时，SLM需要成像到光学系统的加工平面，通常位于聚焦物镜的前焦面。物镜的前后焦面具有傅里叶变换关系，SLM在前焦面加载相位信息，即可在后焦面生成所需光场。由于SLM与物镜的距离大于焦距，其相位/振幅分布会引发衍射导致光束畸变，因此需使用4f系统来真实重现SLM的相位和振幅。4f系统设计为SLM在第一个透镜前焦面，两个透镜相距2f，像平面位于第二透镜后焦面，物平面与像平面相距4f。

　　经相机观察到经聚焦物镜聚焦到样品表面的光斑---“HPK”字样

　　大家注意看，除了调制后的光斑外，还会出现一个亮点，即零级光。由于SLM的像素间存在间隔，入射到间隔部分的光未被调制，且玻璃表面有一部分光直接反射未被调制。这些未调制的光汇聚在透镜后焦点上，形成零级光。

　　02、应对方案

　　孙悟空的斗法——如何降服零级光妖怪

　　既然妖怪已经现身，那我们该如何借助孙悟空的智慧和战斗力来降服它?有几种战术可以让你从容应对，赶跑这位“妖孽”。

　　第一式：如意棒法——硬件出击，精准出手

　　孙悟空的如意金箍棒能变大变小，随心所欲。而在激光加工中，硬件的优化就像悟空的棒法一样灵活强大。首先要保证入射的激光是纯净的水平偏振光，因为滨松的相位型SLM只对水平偏振光进行调制。如果入射光偏振不对，零级光妖怪会更嚣张。

　　你可以通过半波片+PBS组合，确保偏振方向完美无误。许多“天命人”(用户)初次使用SLM时，零级光非常明显，往往就是因为偏振没有调节好，就像悟空的棒法还不够纯熟。记得，如果使用绿光激光，人眼对绿光特别敏感，这时不妨借助“火眼金睛”——相机来观察零级光的强弱。

　　第二式：金箍棒三段击——软件法术，降妖伏魔

　　就像孙悟空对付妖怪时不仅依赖金箍棒，还善于施展各种法术，我们也可以通过不同的软件算法来“施法”，驱逐零级光。

　　下面我们一一详细介绍这几种方法：

　　1. “腾云驾雾”之菲涅尔相位法

　　通过在SLM上叠加菲涅尔透镜相位，你可以将衍射图像“腾云驾雾”般在光轴上移动，而零级光妖怪依然困在原地。叠加相位后，衍射图像会沿光轴前后移动，而零级光因未被SLM调制，最强的位置仍保持在透镜的后焦点。通过叠加菲涅尔透镜相位，可以在z方向上将衍射图像与零级光分离开。这一招很简单，但并不能完全消灭它，只能暂时把它“困住”——就像悟空一棒将妖怪打飞，却未彻底除掉。

　　2. “分身术”之闪耀光栅法

　　这一招可厉害了!借助闪耀光栅相位，你可以将衍射图像横向移动，就像悟空的分身术，将图像与零级光妖怪分开。对于使用了4F系统的空间光调制器系统，可以在4f系统的中央焦点位置放置一个光挡，就可以彻底的挡住零级光，使其再也无法作祟。这一招威力强大，能彻底解决零级光，但光路设计稍复杂，就像悟空的分身术需要精准掌控。

　　3. “戳棍”之干涉消除法

　　还有一种方法，类似于孙悟空用金箍棒戳妖怪。这是在设计相位图时，主动在零级光的位置生成一个与其对立的衍射光点，两者相互干涉，进而抵消掉零级光。这招虽然看似简单，但要精准戳中，找到合适的强度和相位来彻底消除零级光，还需要时间和耐心，就像悟空用金箍棒戳住妖怪，慢慢将其制服。

　　如下为叠加菲涅尔透镜相位的方式降低零级光影响，调制后的光与零级光的z方向上分离，调节加工平台的高度位置，找到已经与零级光分离开的光斑：

　　悟空的智慧结晶

　　在超快激光加工的“西游之路”上，零级光妖怪虽然烦人，但通过硬件的精准调控和软件的妙法组合，终能将其降服。无论是借助如意棒的刚猛之力，还是依靠法术的巧妙调度，零级光注定无法在光路中肆虐。

　　下次在激光加工中遇到零级光时，别慌!像孙悟空一样，从容应战，用你的智慧和技能，除掉这个“小妖怪”吧!

　　新品推荐!700W蓝宝石SLM

　　滨松引入了新型号700W蓝宝石SLM，通过独特的散热技术和蓝宝石加持，将LCOS的平均功率阈值从业界最高的200W以上一举飙升到了700W以上。实测功率密度超过3127W/cm2。搭载了这一技术的X15213-03CL在金属加工领域实现了LCOS的又一重大突破。

　　LCOS-SLM(空间光调制器)X15213 系列产品一览：

　　X15213系列提供广泛的产品阵容，以满足各种波长的需求。所有类型都配备一个具有抗反射涂层的玻璃基板和一个带有振镜的CMOS芯片。

　　推荐光束直径 (1/e2) 为8mm或以上。

　　●铝镜型 (-01/-07/-08)

　　铝镜型利用了 CMOS 芯片上铝电极的反射，具有较宽的反射波段，因此适用于较广的波长范围。

　　●介电多层镜型 (-02/-03/-05/-12/-13/-15/-16/-19)

　　介电多层镜型的 CMOS 芯片表面上具有专门设计的介电多层膜，可支持各种波长的激光光源。与铝镜型相比，介质镜实现的反射率越高，内部吸收率就越低。可实现高光利用率。

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

　　介电多层镜型的灯头具有内置水冷散热器，可抑制激光辐照引起的升温，并实现高功率处理能力。

　　●蓝宝石型 (-03CR/-03CL)

　　除了水冷散热器外，蓝宝石玻璃还用于玻璃基板。因此，散热效率得以改进，功率处理能力超过700W。

审核编辑 黄宇