SLM激光加工系统与振镜加工系统两用光路案例分享

　　原有光路

　　01、实验背景

　　随着精密激光加工需求的增长，如何在现有振镜系统基础上增加空间光调制器(SLM)作为加工设备，搭建一套灵活的双模式光路系统——既能单独使用振镜系统，又能独立操作SLM系统，且在各自工况下互不干扰，这一切的关键就在于给光路加装“切换开关”。本文将介绍几种创新设计方案，探索如何在现有振镜光路中整合SLM光路，最终实现双模式加工的稳定、便捷切换。

　　02、光路改造

　　改造灵感大比拼

　　思路1：让SLM直接当镜子，光路不改

　　这招简单粗暴，把SLM直接当“镜子”反射激光，继续用振镜加工。这个方案的最大优点就是“平移光路，稳如磐石”，完全不需要其他改动。

　　激光器波长：515nm

　　重复频率：600khz

　　脉冲宽度：800fs

　　光斑：30-50um，高斯光

　　单脉冲能量：125uJ

　　然而，细节往往是关键所在——振镜加工所需的激光峰值功率密度远超出SLM的耐受阈值，导致SLM光路面临过高功率密度的问题。根据计算，即使将激光光斑扩展至SLM的最大照射直径(12mm)，其峰值功率密度仍可达276.3MW/cm²，超过SLM能承受的上限(由于800nm以下的双光子吸收特性，SLM在30MW/cm²以上的功率密度无法承受)，即便通过能量衰减方式将峰值功率降至27.63MW/cm²，虽然可保证SLM的安全使用，但会影响振镜系统的加工能量需求，严重影响加工效果。

　　结果：直接PASS!

　　思路2：分家!两套光路，分头并进

　　如果SLM和振镜合不来，那就分个“家”吧!让激光一出来就分成两束：一路“直奔振镜”，另一路“转向SLM”。这听上去没毛病，但在空间紧张的光学平台上安排分束光路，结果只能是——拥挤!

　　这里我们想到一个“小妙招”：利用平台上“爬升光路”。在原平台上增加第二层面包板，把SLM光路安排到“空中一层”——腾出更多空间。尽管这招有效，但调节和后期维护麻烦，工程量也不小。

　　结果：虽然可行，但操作繁琐。

　　思路3，共轴光路，翻转切换

　　说到“省空间、调光路”，共轴光路派上用场了。这里的关键设计是翻转镜和推拉镜，让SLM和振镜系统共用同一条光路!

　　● 巧用翻转镜和推拉镜

　　将45度反射镜和翻转镜架组合在一起，在平台上布置45度反射镜，将光路偏转至共轴光路中。光路在进入SLM加工系统时，在SLM加工模式下，推入4f系统的透镜;切换至振镜模式时，移出4f透镜以形成原始光路。此设计有效实现了两种光路的无干扰切换。——一键切换，光路丝滑流畅!

　　● 定制4f系统

　　4f系统的两个透镜焦距需根据SLM与振镜的距离提前设定，确保两者光路的匹配度。由于SLM加工光路共用振镜系统的一部分路径，4f系统的焦距配置需精准。若实际布置空间不足，可通过增加反射镜轻松延长4f的光路长度，从而更灵活地适应空间布局需求。

　　● 焦平面保护“法宝”

　　高能激光的焦平面能量密度极高，尤其在大功率加工时，容易对光学镜片造成损伤。因此，所有反射镜、透镜的摆放位置尽量避开焦平面位置，让光路既高效又安全。

　　最终方案：切换自由的共轴光路!

　　基于上述思路，最终光路设计为：元件移入光路时进入SLM加工模式，移出光路时为振镜模式。此双模式光路的实现满足了实验需求，操作流畅、切换灵活，一次实验中就能轻松实现振镜和SLM单独使用的快速切换，真正做到“一键变身”。

　　这样的光路改造小试验，最终为激光加工设备实现了“多功能切换”，不仅节省了设备空间，还提高了切换效率。如此灵活的方案让这台激光设备拥有了“魔术变身”的能力，你学到了吗?

　　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