自1960年首臺激光器問世以來，經(jīng)過近70年的發(fā)展，激光技術(shù)已經(jīng)形成了龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，廣泛應用于工業(yè)加工、醫(yī)療美容、商業(yè)、科研、信息和軍事等多個領(lǐng)域。眾所周知，不同的應用場景對激光的功率、波長、光斑形狀等有著不同的要求，而要實現(xiàn)光斑形狀的改變，則離不開光束整形器。

衍射光學元件（Diffractive Optical Elements）利用微結(jié)構(gòu)設(shè)計來改變其傳播的光的相位。合理的設(shè)計光學衍射原件表面的微結(jié)構(gòu)能夠使輸入特定光的時候輸出任何符合設(shè)計的光強分布的光。DOE技術(shù)實現(xiàn)了傳統(tǒng)光學系統(tǒng)不可行的許多功能和對光操作。

許多應用中，這些技術(shù)極大的提高了系統(tǒng)性能。 衍射光學方案擁有許多優(yōu)勢，例如：高效率，高精度，小尺寸，低重量，最重要的是它靈活的滿足各種不同應用要求。

采用衍射光學元件進行光束整形是近年發(fā)展起來的非常方便、靈活、功能強大的光束整形方式。DOE可適用于多種類型的輸入激光（如單模高斯激光、多模激光等），在激光焦面上形成指定的光斑形狀和光強分布，還可以實現(xiàn)在激光傳播方向特定的光強分布。典型的功能包括：產(chǎn)生平頂分布圓光斑或矩形光斑；產(chǎn)生線形分布光斑；將非均勻多模激光進行勻化；產(chǎn)生環(huán)形以及多環(huán)等光斑分布；產(chǎn)生一維、二維多束激光分布；在傳輸方向上形成多焦點以及長焦深分布等。今天我們主要討論在激光加工與材料處理領(lǐng)域DOE光束整形器的應用。

熔蝕與構(gòu)造

激光熔蝕是指通過激光輻照從材料（通常是固體）表面去除材料。熔蝕通常采用小區(qū)域高能量脈沖實現(xiàn)。激光溶蝕具有多種用途，如納米材料制備，金屬或介電薄膜沉積，超導結(jié)構(gòu)制備，金屬部件常規(guī)焊接與邦定，MEMS結(jié)構(gòu)加工等。

采用平頂發(fā)生器或渦旋位相板可以產(chǎn)生邊界銳利的光斑構(gòu)型，在溶蝕過程中確保精確的材料移除范圍。而當激光器能量較高時，可采用多點分束器來實現(xiàn)多個區(qū)域并行處理，提升產(chǎn)率。

激光溶蝕（上）與表面構(gòu)型（下）

相關(guān)DOE產(chǎn)品：平頂光發(fā)生器，渦旋位相板，分束器

焊接

采用激光可將多個金屬或塑料機件連接在一起。激光光束提供一個集中的熱源，實現(xiàn)高速率、大深度、窄縫寬焊接。激光焊接通常在大規(guī)模制造中自動化進行。與切割技術(shù)協(xié)同，激光焊接可用于多種焊接類型（點焊，直／曲線焊，釬焊等）。

能量分布均勻的激光有助于焊接溫度的均勻分布，生成高質(zhì)量焊縫。采用分束器產(chǎn)生的多焦點焊接，可提升加工速率。

激光焊接（左）與平頂光斑（右）

相關(guān)DOE產(chǎn)品：平頂發(fā)生器，勻化器，分束器，C型發(fā)生器，高效率雙焦DOE

釬焊

在釬焊過程中，激光燒熔焊條并將兩塊金屬焊接在一起，這種工藝廣泛使用在汽車工業(yè)中。在焊條熔融之前，如能夠?qū)⒑附咏饘傧刃星逑?、預熱，焊接效果將顯著提高。

專門為這種工藝訂制的勻化器，可以在主焊的平頂光斑前端兩側(cè)產(chǎn)生兩個小光斑用于待焊金屬的清洗和加熱，提升釬焊的強度和焊縫的整潔度。

激光釬焊（左）與訂制光斑（右）

相關(guān)DOE產(chǎn)品：訂制光束勻化器

激光微孔

激光微孔加工是指利用激光在薄料上打小孔，通常用于薄片或薄膜，如香煙卷紙、食品包裝紙（延長保質(zhì)期和新鮮度）。這類應用需要精密的、等間距的微孔，而通常不需要很高的激光功率。分束型DOE能夠產(chǎn)生大量的、間距精確的二維陣列焦點，非常適合此類材料上高速打孔。

食品包裝紙微孔（左）與多點光斑

相關(guān)DOE產(chǎn)品：分束器（多點DOE）

金屬及玻璃切割

激光切割通過將高功率激光引導并聚焦到工件表面，通過運動機構(gòu)掃描并按指定路線切割工件。激光切割為工業(yè)制造的重要手段；常常需要在不使用長焦透鏡的情況下延長焦點的焦深，以減少切割區(qū)域的崩邊、熔邊，提升切割質(zhì)量。

金屬切割利用激光聚焦產(chǎn)生的局部熱量加熱材料，達到熔點以切斷樣品。融化的金屬被氣流帶走。

而玻璃切割通常使用紅外波段的高功率脈沖激光器。因為玻璃吸收較低，因此需要更高功率的激光；使用DOE可增加焦深，使得能量在玻璃的內(nèi)部沉積，實現(xiàn)單次切割，而不需要調(diào)整焦點位置后再次掃描。這種方式對于隱裂切割特別有用：透明材料內(nèi)部的局部受熱使得切縫變脆而不是熔融，后續(xù)再采用機械方式沿切縫分離，形成理想的斷縫。

金屬切割與環(huán)形光斑（上），玻璃切割與貝塞爾焦斑（下）

相關(guān)DOE產(chǎn)品：金屬切割：渦旋位相板、平頂發(fā)生器；

玻璃切割：DeepCleave；貝塞爾DOE；多焦點DOE

鉆孔

激光鉆孔利用聚焦的重復脈沖激光器汽化金屬，形成通孔。脈沖能量越大則汽化的金屬越多。作為激光加工領(lǐng)域主流應用之一，多年來發(fā)展了各種打孔技術(shù)：單脈沖，叩擊，旋轉(zhuǎn)打孔，螺旋打孔等。除金屬外，激光打孔也在多種場景應用，如橡膠、硅襯底等。

配合打能量激光器，分束（多點）DOE可用于提升鉆孔產(chǎn)率；平頂型光斑有利于提升孔壁的垂直度和邊緣銳度；渦旋濾光片可用于環(huán)形孔。

激光鉆孔工藝（左），金屬管打孔（右）

相關(guān)DOE產(chǎn)品：多點分束器，平頂發(fā)生器，渦旋濾光片

激光剝離

激光剝離（Laser Lift Off，LLO）是一種選擇性的分離兩種材料的技術(shù)。激光投射到襯底與鍍層材料（如藍寶石襯底上的GaN）中間的粘結(jié)層上。激光剝離可以處理大尺寸器件并達到要求的精度與可重復性。因此，激光玻璃在LED工業(yè)中剝離發(fā)光薄膜中廣泛使用，同時也用于顯示、移動終端等制程。

LeanLine為專門為LLO開發(fā)的DOE，將圓形多模光斑變換成為細線分布，適用于紫外及綠色激光（343，355，532nm）。這種解決方案基于專有的衍射光學光束成型技術(shù)，可以很容易的擴展至任意波長（193nm － 1600nm）。采用這種方案，用戶可以使用成本較低的多模激光器實現(xiàn)高功率密度的線光源。

LeanLine線聚焦（左）與柔性材料剝離（右）

相關(guān)DOE產(chǎn)品：線光斑發(fā)生器

表面處理（硬化與熔覆）

激光表面處理的原理基于高功率密度的相關(guān)激光與表面在特定氣氛（真空，保護氣，過程氣）下的相互作用導致的表面改性。典型的應用包括表面硬化與表面熔覆。

表面硬化是一種熱處理，通過將材料在短時間內(nèi)加熱至臨界溫度以上并迅速冷卻，金屬晶格將不能恢復初始結(jié)構(gòu)并達到很高的硬度。

表面熔覆是另一種熱處理過程。元件表面被加熱至熔點，熔融物固化并結(jié)晶，而其化學成份不便。

在這兩種熱處理過程中，激光功率密度的均勻性都非常重要。平頂光發(fā)生器和光束勻化器有助于產(chǎn)生均勻的、邊界清晰的光強分布。

激光熱處理

相關(guān)DOE產(chǎn)品：勻化器，平頂發(fā)生器

近年來，衍射元件已經(jīng)成為一種成熟并且廣泛應用的技術(shù)。DOE技術(shù)主要應用于光束整形和分束等。其主要是應用于激光材料加工應用，醫(yī)美和科學應用等領(lǐng)域， 并且擁有很大的市場，占整個激光應用市場很大一部分。由于對激光功率不斷提高以及對精確度要求不斷的嚴格，DOE的高激光損傷閾值和高精確的特點使其成為解決激光應用問題的有效方案。