常見問(wèn)題

最大加工的面積等于場(chǎng)鏡焦距*激光波長(zhǎng)/像素大小。因而對(duì)于1030nm/1064nm的波長(zhǎng)，基本可以近似認(rèn)為加工的面積等于場(chǎng)鏡/物鏡焦距的1/12。

并行加工中每個(gè)點(diǎn)的大小：在優(yōu)化足夠好的條件下，每個(gè)焦點(diǎn)的大小與不加SLM，直接通過(guò)透鏡聚焦的點(diǎn)大小一致。

并行加工點(diǎn)之間最小距離：等于最大加工面積/SLM像素尺寸得到的值與并行加工焦點(diǎn)大小的值里的最大值。

使用SLM進(jìn)行并行加工的時(shí)候，點(diǎn)陣的穩(wěn)定性主要取決于SLM上的相位穩(wěn)定性。根據(jù)文獻(xiàn)使用濱松的SLM，由于相位不穩(wěn)定性導(dǎo)致的點(diǎn)陣的漂移可以用公式場(chǎng)鏡焦距*0.06urad計(jì)算，例如對(duì)于150mm焦距長(zhǎng)度的場(chǎng)鏡，點(diǎn)陣漂移大概是9nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于焦點(diǎn)大小，可以忽略不計(jì)。

DOE與SLM均可以對(duì)光束進(jìn)行調(diào)制，來(lái)提高加工效果或者效率，比如生成點(diǎn)陣實(shí)現(xiàn)并行加工，生成縱向多焦點(diǎn)等。然而DOE本身在加工之后，相位調(diào)制就固定了，無(wú)法更改，并且成本也相對(duì)較高。而SLM具有可編程特性，同一個(gè)SLM可以生成多種類型的相位，可以根據(jù)具體的應(yīng)用以及加工參數(shù)隨時(shí)更改，優(yōu)化加工效果，從而為客戶降低成本。而且SLM可以校正系統(tǒng)引入的各種像差，這對(duì)DOE是無(wú)法想象的。

普通掃描鏡加工是一點(diǎn)一點(diǎn)進(jìn)行加工的，加工速度比較低。而且隨著激光器的發(fā)展，激光器的功率越來(lái)越高，而為了防止損傷工件，在進(jìn)行單點(diǎn)加工的時(shí)候，往往需要降低激光的能量，導(dǎo)致無(wú)法充分利用激光器的功率。 而使用SLM可以生成點(diǎn)陣實(shí)現(xiàn)并行加工，可以顯著的提高加工速度。此外因?yàn)榧す夤β时黄骄峙涞近c(diǎn)陣的各個(gè)點(diǎn)上，因而不需要對(duì)激光器的功率進(jìn)行衰減就可以，從而充分的利用了功率。

從分辨率來(lái)說(shuō)載入的目標(biāo)圖像的分辨率越小，CGH的計(jì)算速度越快。 但是對(duì)于同樣的圖案，如果是圖像分辨率比較小的話，生成的衍射圖像中可以清楚的看到圖像是由點(diǎn)陣組成的。

而如果圖像分辨率分辨率足夠大，那么衍射圖像中的點(diǎn)陣效應(yīng)就不太明顯。 這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)SLM調(diào)制相位之后，在透鏡后焦面最終是在最大加工面積內(nèi)（鏡頭焦距*波長(zhǎng)/像素大小）生成對(duì)應(yīng)目標(biāo)圖像的點(diǎn)陣的（像素值為255，則為亮點(diǎn)，為0，則為黑色）。因而點(diǎn)和點(diǎn)之間的最近距離可以用（鏡頭焦距*波長(zhǎng)/像素大小）/目標(biāo)圖案的分辨率得到。所以在目標(biāo)圖像分辨率低的時(shí)候，點(diǎn)和點(diǎn)之間的距離比較大，可以看清楚。但是當(dāng)目標(biāo)圖像分辨率高的時(shí)候，電和點(diǎn)之間距離小，就區(qū)分不出來(lái)了。

從圖像比例來(lái)說(shuō)，因?yàn)榻?jīng)過(guò)SLM調(diào)制之后，生成的衍射圖像最大范圍是一個(gè)正方形，所以目標(biāo)圖像最好也使用正方形的比例，這樣計(jì)算之后不會(huì)變形。

雖然濱松的SLM是相位調(diào)制器，但是通過(guò)恰當(dāng)?shù)呐渲靡彩强梢詫?shí)現(xiàn)的，可以通過(guò)在前后添加相應(yīng)的1/4玻片,偏振片等來(lái)實(shí)現(xiàn)，如下圖是一個(gè)常見的調(diào)制幅度的光路構(gòu)型。

可以的，由于濱松的SLM是基于DVI進(jìn)行控制的，本身是無(wú)法識(shí)別SLM的ID 的，所以一個(gè)比較容易實(shí)現(xiàn)的又不容易混亂的解決方案是買一個(gè)DVI轉(zhuǎn)3DVI的轉(zhuǎn)接線，這個(gè)DVI的轉(zhuǎn)接線可以把RGB三色分離到三個(gè)DVI頭，這樣就可以最多同時(shí)控制三個(gè)SLM，把一個(gè)8it的BMP彩色圖像使用matlab或者labview投屏到DVI所對(duì)應(yīng)的顯示器中，則其中一個(gè)SLM獲取的R通道的圖像信息，另外兩個(gè)SLM分別獲得是G通道和B通道的圖像信息。

濱松自帶的軟件由于編程優(yōu)化問(wèn)題，在進(jìn)行圖像播放的時(shí)候，速度較低，最高只可以實(shí)現(xiàn)大概1幀每秒的播放速度。為了實(shí)現(xiàn)高幀率的更換相位圖像，建議客戶自己使用matlab或者labview進(jìn)行編寫。而對(duì)于OEM類型的SLM，可以預(yù)先將相位圖像存儲(chǔ)到SLM控制板內(nèi)的內(nèi)存卡中，再使用程序控制相位圖的更換，此時(shí)相位圖更換對(duì)比普通類型的SLM少了16.6ms的延遲時(shí)間，因而可以實(shí)現(xiàn)更快的更換速度。

并行加工中每個(gè)點(diǎn)強(qiáng)度的均勻性是由兩點(diǎn)決定的，一是IFTA算法本身的計(jì)算效果。二是光路的偏折，激光模式不好，光路中透鏡引入的像差等。因而對(duì)于加工均勻性要求不是特別高的場(chǎng)合，可以使用普通的GS算法就可以了。如果希望提高加工均勻性，可以使用效果比較好的算法，比如GSW,GSA算法等。而如果希望加工均勻性達(dá)到最佳，則需要使用額外的相機(jī)觀察并行光斑強(qiáng)度，基于這個(gè)強(qiáng)度分布反饋給SLM進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到最佳。

零級(jí)光是由于SLM表面玻璃反射，像素間隔之間的反射，以及相位圖本身效率不高導(dǎo)致的。所以消除零級(jí)光的方式首先是改進(jìn)算法，如下圖是分別使用GSW算法（左圖）和GS算法（右圖）計(jì)算點(diǎn)陣得到的結(jié)果，可以看到由于GSW計(jì)算的相位圖有更高的衍射效率，所以0級(jí)光相比于GS算法得到的結(jié)果顯然更佳微弱。

此外常見的用來(lái)消除0級(jí)光的方式包括疊加菲涅爾透鏡透鏡相位（使衍射圖像和0級(jí)光在z方向分離）與疊加閃耀光柵相位（將衍射圖像和0級(jí)光在xy方向上分離，從而可以使用光擋將0級(jí)光徹底去除）。此外有文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，同時(shí)疊加菲涅爾透鏡相位和閃耀光柵相位，對(duì)于消除0級(jí)光的效果更佳。

最好可以考慮入射光強(qiáng)的分布，不過(guò)這個(gè)主要是可以提高光的衍射效率，降低0級(jí)光的影響，但是對(duì)并行加工時(shí)點(diǎn)陣的均勻性影響不大。

主要分為3步：

1、連接電腦，打開SLM，查看第二顯示器，可以看到SLM被識(shí)別，分辨率準(zhǔn)確。這步證明控制器與電腦連接沒(méi)有問(wèn)題。

2、直接觀察SLM表面，隨便在電腦上拖動(dòng)一個(gè)文件夾到第二顯示器界面晃動(dòng)，可以在SLM上文件夾的移動(dòng)。這步證明SLM的頭與控制器的連接沒(méi)有問(wèn)題。

3、設(shè)置好波長(zhǎng)，選擇HPK圖像，右鍵選擇create CGH， 然后在2nd monitor設(shè)置菲尼爾透鏡焦距為-400，選擇激活菲尼爾透鏡相位，此時(shí)在距離SLM大概400mm的位置，就可以看到清晰的HPK圖像了。這步證明SLM工作沒(méi)有問(wèn)題，對(duì)于不執(zhí)著于使用相機(jī)和透鏡進(jìn)行觀測(cè)的客戶，就可以完成驗(yàn)收了。

因?yàn)镾LM內(nèi)部反射介質(zhì)鏡或者鋁鏡的不平整度實(shí)際上是連續(xù)的平滑的不平整，所以直接觀察反射光效果會(huì)很好。而為了校正表面不平整，疊加的相位圖大體如下圖所示

可以看到相位中有一些0到2pi的階躍，這些階躍相位會(huì)導(dǎo)致衍射效應(yīng)，使光斑效果不佳。但是如果使用透鏡，在透鏡后焦點(diǎn)位置觀察衍射圖像的效果的話，效果會(huì)變的更好的。 此外相位校正圖像是在25度的環(huán)境下測(cè)量和計(jì)算得到的。如果工作的環(huán)境與25度偏差角度，也會(huì)影響最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的。

而對(duì)于為什么不疊加校正相位，仍然可以得到不錯(cuò)的衍射圖像，這是因?yàn)槿缟纤觯琒LM內(nèi)反射鏡不平整是平滑的很連續(xù)的，這些平滑的相位變化，在經(jīng)過(guò)透鏡之后，對(duì)衍射圖像幾乎沒(méi)有影響。所以即使不疊加校正相位，仍然可以得到不錯(cuò)的衍射圖像。

生成平頂光整體有四種主流方案：

第一種是模擬非球面鏡相位來(lái)直接在透鏡后焦面生成平頂光。

第二種是在SLM上生成光闌型相位，只選取光斑中間部分，然后進(jìn)行放大，從而生成各種形狀的評(píng)定光。

第三種是利用SLM與小孔光闌的配合，在光闌后經(jīng)過(guò)透鏡準(zhǔn)直后光斑的強(qiáng)度和相位分布與SLM上的相位分布有關(guān)，因而可以在保證平頂光的同時(shí)，相位也很平整。

第四種是簡(jiǎn)單的將目標(biāo)圖像設(shè)置為平頂形狀，然后使用GS算法進(jìn)行計(jì)算即可。但是由于GS算法無(wú)法保證透鏡后焦面光斑的相位分布，所以可能會(huì)存在一些pi相位，或者渦旋相位，導(dǎo)致某些區(qū)域光斑相消，出現(xiàn)強(qiáng)度0點(diǎn)，從而降低均勻性。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以采用MRAF算法等。

生成縱向多焦點(diǎn)大概有三種方案：

第一種是根據(jù)每個(gè)多焦點(diǎn)的位置，然后計(jì)算出來(lái)為了生成這個(gè)焦點(diǎn)，所需要加載的菲涅爾透鏡相位，然后把所有多焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的菲涅爾透鏡的相位疊加起來(lái)。優(yōu)點(diǎn)：算法特別簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快。缺點(diǎn)：均勻性一般，點(diǎn)之間干擾嚴(yán)重。

第二種是直接使用三維的GSW或者ORA算法；優(yōu)點(diǎn)：均勻性顯著提高，點(diǎn)之間干擾也改善。缺點(diǎn)：算法較為復(fù)雜。

第三種是利用空間光強(qiáng)度分布和其k空間的互為傅里葉變換的關(guān)系，然后k空間相位可以直接通過(guò)投影得到SLM上所需要的相位信息的原理進(jìn)行計(jì)算的。 由于是直接對(duì)焦點(diǎn)區(qū)域的整個(gè)三維空間分布進(jìn)行，所以得到的結(jié)果無(wú)論從均勻性，還是從點(diǎn)之間的干擾，都有特別好的效果。此外，也會(huì)考慮高數(shù)值孔徑的情況。因而是最優(yōu)的算法。缺點(diǎn)：三維的FFT和IFFT可能沒(méi)有直接的函數(shù)，需要用于自己編寫。

#適合的領(lǐng)域：

穩(wěn)定性和可重復(fù)性超級(jí)高，能夠保證客戶批量購(gòu)買之后，每臺(tái)都提供非常接近的性能。 根據(jù)客戶的需求，我們可以從硬件，光學(xué)，電學(xué)，軟件等多個(gè)方向提供定制。方便客戶使用。

a) 是直接使用普通的IFTA算法，將目標(biāo)圖像設(shè)置為方形或者圓形即可。本方法優(yōu)點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單，可以生成任意圖像，衍射效率較高。這種方法的缺點(diǎn)是是由于vortex之類的存在，最終生成的平頂光有較強(qiáng)的speckle noise。 可以采用類似于MRAF算法來(lái)改進(jìn)這個(gè)問(wèn)題。

b) 第二種是直接使用現(xiàn)成的非球面相位公式來(lái)生成平頂光。優(yōu)點(diǎn)是衍射效率高，均勻性較好。可以通過(guò)疊加光柵相位來(lái)生成多個(gè)平頂光。缺點(diǎn)是均勻性沒(méi)有辦法到極致，并且形狀有限制，只能為方形，圓形，線型平頂光。

c) 第三種是類似于基于可變型光闌的方式，優(yōu)點(diǎn)是均勻性很高，可以任意形狀。缺點(diǎn)是無(wú)法生成多個(gè)平頂光，并且衍射效率相對(duì)較低。

d) 第四種是采用在4f系統(tǒng)中放置一個(gè)光闌的思路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)調(diào)制光的強(qiáng)度和相位，并且平頂光的景深更深。缺點(diǎn)是需要采用反饋機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，并且對(duì)光路調(diào)節(jié)要求較高。

a) 直接把不同層的圖像，疊加不同焦距的菲涅爾透鏡相位，得到不同的相位圖A,B,C，然后把各個(gè)相位圖疊加起來(lái)。優(yōu)點(diǎn):算法簡(jiǎn)單，速度很快。缺點(diǎn)：均勻性一般，層與層之間的干擾比較大。

b) 采用類似于三維GSW和ORA等算法。直接對(duì)整個(gè)點(diǎn)陣進(jìn)行計(jì)算，沒(méi)有后疊加的過(guò)程。優(yōu)點(diǎn)：均勻性好。缺點(diǎn)：速度一般，層與層之間的干擾也比較大。

c) 直接對(duì)焦點(diǎn)的整個(gè)光場(chǎng)分布進(jìn)行三維FT和IFT計(jì)算。優(yōu)點(diǎn)：均勻性高，層與層干擾小，可以實(shí)現(xiàn)各種異型光束。缺點(diǎn)：內(nèi)存占用大，對(duì)計(jì)算機(jī)要去較高。

d) 采用分區(qū)域菲涅爾透鏡方式。優(yōu)點(diǎn)：均勻性高，層與層干擾小。缺點(diǎn)：只能適合每層有一個(gè)焦點(diǎn)的類型。

這種情況，一般可以考慮輸入光的偏振是否有問(wèn)題。需要保證光是水平偏振，如果感覺(jué)SLM根本不好使一樣，那大概光是垂直偏振了。

在將SLM相位設(shè)置為2pi的情況下，SLM實(shí)際加載的相位與光的入射角度關(guān)系為下圖