| 中科微星 | 2021-07-09 17:27 |
在超快激光加工應(yīng)用里，空間光調(diào)制器還有這么多種玩法空間光調(diào)制器的出現(xiàn)使得上述問題在很大程度上得以解決，空間光調(diào)制器可以對超快激光光束的振幅、相位或者偏振等光學(xué)參數(shù)進行調(diào)控，配合一定光路設(shè)計就可以在材料加工區(qū)域得到任意的光場強度分布。下文將對空間光調(diào)制器的原理以及其在超快激光2D、3D加工領(lǐng)域中的應(yīng)用進行詳細的介紹。 什么是空間光調(diào)制器？ 空間光調(diào)制器是一種可以在外部信號的控制下改變?nèi)肷涔庹穹�、偏振以及相位的動態(tài)元器件,有著易操控、易集成、低損耗、刷新頻率高的特點。在超快激光并行加工應(yīng)用中，常見的空間光調(diào)制器有調(diào)整振幅的數(shù)字微鏡器件(DMD)以及調(diào)制相位的液晶空間光調(diào)制器(LC-SLM)。 1）DMD DMD是一種被廣泛使用的對入射光的振幅進行調(diào)制的空間光調(diào)制器，其每個像素都是一個可以獨立控制的微反射鏡，通過切換每個微反射鏡的方向可以單像素控制出射光的角度。DMD 具有切換速度快、易于控制的優(yōu)點。目前DMD的工作波長范圍已經(jīng)涵蓋紫外、可見光以及紅外波段。 2）LC-SLM LC-SLM的每一個像素單元由液晶分子構(gòu)成。液晶因為其雙折射的特性而廣泛應(yīng)用于空間光調(diào)制器。如今，已經(jīng)有大量適用于可見光和近紅外波段的液晶空間光調(diào)制器。根據(jù)液晶種類可分為鐵電型和向列型兩種，根據(jù)使用方式可分為反射式和透射式兩種。 全息圖的計算方法 全息圖是通過空間光調(diào)制器加載到入射激光上的相位分布圖，通過加載不同的全息圖，可以生成多光束陣列、二維面光場強度分布、三維體光場強度分布等，從而滿足不同的應(yīng)用需要，由此探索出了多種全息圖計算方法。 1）二維光場全息圖生成算法 通過全息圖技術(shù)可以在焦點處產(chǎn)生所需的二維光場強度分布。此類算法有多種，其中較為經(jīng)典的是GS (Gerchberg Saxton)算法，后續(xù)的很多算法都是由GS算法演變而來，如圖1所示。  圖1 GS迭代算法流程圖 工業(yè)上比較常用的全息圖迭代算法算法有：一種是在GS算法的基礎(chǔ)上衍生的楊顧算法，另一種是ORA(Optimal Rotation Angle)算法。 此外，使用矢量德拜衍射理論也可以計算得到全息圖，實現(xiàn)對不同矢量方向的光場強度分布的調(diào)制。另一種能在保證一定全息圖質(zhì)量的同時提高生成效率的非迭代的全息圖算法，后來也被廣泛應(yīng)用。 2） 三維光場全息圖生成算法 由于三維光場全息圖生成算法能夠進一步提升效率，加工出更加精細的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)掃描加工無法實現(xiàn)的一次成型結(jié)構(gòu)，因此有著廣泛的應(yīng)用需求。 計算三維光場所需全息圖時可以分為兩個過程：一個是快速傅里葉變換；另一個是菲涅耳衍射過程。為了改善三維GS算法得到的全息圖質(zhì)量不佳，且計算速度較慢的問題，斯威本科技大學(xué)顧敏課題組實現(xiàn)了三維多焦點陣列全息圖的計算。 除了GS算法及其變種，一種非凸優(yōu)化的全息圖算法———NOVO-CGH( Non-Convex Optimizationfor Volumetric Computer-Generated Holography)算法也被提出，可用于三維光場的全息圖計算。該方法比GS算法得到的結(jié)果更好，準(zhǔn)確度提高近20%，效率提高近5%。此外，NOVO-CGH算法的一大優(yōu)勢是可以根據(jù)實際情況的不同，設(shè)計不同的成本函數(shù)，以滿足不同的應(yīng)用需求。 3）基于深度學(xué)習(xí)的全息圖生成算法 | |