空間光調制器是一種可以在外部信號的控制下實時改變入射光的振幅、相位及偏振態(tài)的動態(tài)元器件。將空間光調制器應用在激光加工領域，可以實現動態(tài)光束整形，并且具有可編程、易操控、易集成、低損耗、刷新頻率高等優(yōu)勢。并且隨著空間光調制器損傷閾值的提升，激光加工的應用領域也不斷擴大，例如超表面結構制造、微流體、3D打印、光存儲、材料表面改性、量子點等領域。

論文信息

本文提出了一種利用空間光調制器（SLM）輔助1064nm納秒激光器制備不同厚度鉻（Cr）薄膜上的不同雜化周期結構的有效技術。對于1000nm的Cr薄膜，通過將SLM生成的周期調制光柵（MG）與激光誘導的周期表面結構（LIPSS）相結合，可以制備出規(guī)則的雙尺度MG-LIPSS，其形態(tài)特征受激光通量、有效脈沖數和MG周期控制。由于MG和LIPSS的衍射效應，MG-LIPSS圖案表面表現出生動的各向異性結構顏色。與MG-LIPSS相比，由于更薄的薄膜具有更顯著的熱應力，因此在200nm的Cr薄膜上形成了由MG和裂紋（MGC）組成的復雜的周期結構。雖然MGC的裂紋是隨機分布的，但MGC具有一定透光率的長階特性，可以作為具有衍射效應的透射光柵。這些結果表明，基于SLM的光場調制激光加工為在Cr薄膜上制備大面積周期結構提供了一種高效、經濟、可控的方法。此外，薄膜厚度的變化可以用于探索具有特定性能的混合微觀結構，從而用于不同的應用，如光學元件和防偽措施等。

部分實驗過程及實驗結果

光源采用商業(yè)納秒激光器，提供1064nm、50ns的線偏振脈沖激光，實驗時重頻設置為3kHz，對應的激光器最大輸出功率為0.45W。激光器出射的光通過4×擴束鏡，從而使光斑充滿液晶光閥靶面，實驗中使用的是相位型空間光調制器（FSLM-2K70-VIS），像素大小為8um，分辨率為1920×1080。經空間光調制器調制后通過透鏡作用在樣品上，通過CCD實時監(jiān)測加工過程，確保樣品表面始終在加工平面。采用Gerchberg Saxton算法生成全息圖。

圖1 (a)實驗裝置(相位型空間光調制器，型號：FSLM-2K70-VIS)；(b)原始光束和調制光束。

圖2 1000nmCr薄膜隨著激光通量的增加，MG-LIPSS在4個不同的調制周期Γ下形成的MG-LIPSS的SEM形貌。比例尺：5 μm。

圖3 (a)-(c) 1000nmCr薄膜在不同有效脈沖數下形成的MG-LIPSS的掃描電鏡形貌。比例尺：5 μm。

圖4 (a)0.27J/cm2和(e)0.32 J/cm2分別對應不同激光照射下MG-LIPSS結構的AFM測量。(b)和(f)分別對應于(a)和(e)的SEM圖像的二維快速傅里葉變換。(c)和(d)對應于(a)的MG-LIPSS的LIPSS和MG橫截面的二維圖。(g)和(h)對應于(e)的MG-LIPSS的LIPSS和MG橫截面的二維圖。比例尺：5 μm。

圖5 (a-b)在不同位置的兩個不同激光通量F下制備的MG-LIPSS的微拉曼光譜。(c-f)在不同激光通量F下制備的MG-LIPSS的EDS結果（收集點位于圖中紅色標記處）。比例尺：5 μm。

圖6 對于200nm的Cr薄膜，在不同加工條件下形成的MGC的掃描電鏡形貌。(a) Γ2=8 μm，F=0.16 J/cm2。(b) Γ3=9 μm，F=0.16 J/ cm2。(c) Γ4=13 μm，F=0.16 J/cm2。(d) Γ4= 13 μm，F=0.30 J/cm2。比例尺：5 μm。

圖7 MG-LIPSS的彩虹結構顏色。(a)在1000nmCr薄膜上形成的MG-LIPSS混合周期結構的白光衍射示意圖，由LIPSS和MG分別在兩個正交方向上產生彩虹結構顏色。(b)“中山大學”的漢字圖案用1000nm的Cr涂覆在直徑為100 mm的玻璃晶片上。(c)處理后的樣品。(d)和(e)分別對“中山大學”圖案和龍圖案進行著色。(f)和(g)MG-LIPSS“3″為對不同觀察角度的彩虹色結構顏色的不同呈現。比例尺：5mm。

本實驗中所采用空間光調制器的參數規(guī)格如下：

為進一步延伸空間光調制器在工業(yè)方面的應用，特研制推出高損傷、方形大靶面空間光調制器：

寫在最后

隨著激光加工技術的深入發(fā)展和對高精度、高效率加工指標需求的增加，空間光調制器作為一種關鍵的光學元器件，將發(fā)揮著重要作用?？臻g光調制器在激光加工中的應用并不局限于單一的技術領域，其廣泛的應用前景涵蓋了多個領域，例如工業(yè)制造、科學研究、光電子學等，為激光加工技術的進步和創(chuàng)新提供了強大的支持和推動力，有望推動激光加工技術向更高級、更復雜的方向發(fā)展。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2024.108216

審核編輯 黃宇