激光智能制造拥抱国产匀化DOE，光束整形如何实现赋能？

光束整形DOE如何赋能激光加工？

激光加工技术正以前所未有的姿态席卷着制造业的每一个角落，它是当前切割、焊接、表面处理、材料改性和精密制造工艺的主流技术手段，以其高质高效、操作便捷、节能环保等优势，广泛应用于锂电、3C、半导体、增材制造等众多行业领域中。

多种激光加工应用展示

在激光加工技术持续演进的今天，尽管激光加工传统光学方案已臻成熟，但面对日益严苛的加工质量、精度与效率要求，新的挑战也相伴而生。“如何针对性地优化末端加工光束”成为了各激光加工设备集成商亟待解决的问题，业内对多样化光束整形模块的需求也因此呈现出快速增长的趋势。

多种光束整形效果展示

在该趋势下，衍射光学元件（Diffractive Optical Elements，DOE）以其高效率、易集成、光学指标优异的特点，成为了优化激光加工效果的一大利器。基于不同器件类型，可得到高质量的匀化、分束、尺寸整形、焦点整形、环形整形和其他结构化光斑整形效果，实现激光加工质量、精度和效率的有效提升。其中，匀化DOE作为典型代表，能够将光源的高斯能量分布整形为平顶能量分布，这一特性使得光束作用于材料时，可以实现更高的能量利用率、更好的加工质量、更高的加工精度，以及更灵活可控的加工尺度调节。因其优势显著，市场对于匀化DOE的关注度日益增加，而在此背景下，了解不同类型的匀化DOE及其特性就显得尤为重要。

聚合物VS石英DOE有什么不同？

当前，市面上常见的匀化DOE类型主要分为两种——聚合物匀化DOE和石英匀化DOE，这两种匀化DOE各自拥有不同的特点与优势，主要区别在于：

材质-顾名思义，前者的光束整形功能层由液晶聚合物（LCP）制成，LCP是一种有机高分子材料；后者的光束整形功能层由紫外熔融石英（UVFS）制成，UVFS是一种高透过率非晶态材料；

原理-前者通过元件平面内液晶分子的取向角变化实现特定相位结构，是一种几何相位光学元件；后者通过元件平面内石英材质的厚度变化影响光程差来实现特定相位结构，是一种动力学相位光学元件；

偏振特性-前者作为一种几何相位光学元件，光学效果具有偏振相关性，对入射光中不同圆偏振分量进行整形后的能量分布呈三维中心对称特征，因此要求入射光为任意均匀偏振态，但不能是任意位置偏振状态随机的位置相关随机偏振；后者作为一种动力学相位光学元件，光学效果偏振不敏感，对入射光偏振态无特殊要求；

适用波段-前者因LCP材料的紫外强吸收和绿光微弱吸收特性，不适用于紫外和绿光高功率应用；后者因UVFS的全波高透过率和高损伤阈值特性，可以稳定适用于紫外和绿光高功率应用；在红外和绿光中低功率应用场景下，因聚合物匀化DOE的加工更高效、工艺边界能力更优，是此类场景下的更优选择；

光学指标-前者因其无掩膜激光直写的制作方式，能够达到较高的相位设计精度，等效于数百量级的相位灰阶，相应地，能够在同等衍射效率、均匀度要求下实现更大的匀化光斑尺寸（同等的匀化光斑尺寸下则能实现更优的衍射效率、均匀度等光学指标）；后者通常采用二元或灰度刻蚀的制作方式，相位设计灰阶有限，在保证衍射效率、均匀度指标的前提下更适合中小尺寸（通常＜8DL，DL为衍射极限尺寸）匀化需求。

聚合物/石英匀化DOE制造工艺示意图

除以上典型区别，两种匀化DOE的更多通用特性和参数列于下表中：

LBTEK 石英匀化DOE有何优势？

近年来，除了国外发展较为成熟的DOE商家之外，国内衍射光学技术也在迅速崛起。自成立以来，基于衍射光学原理和微纳加工工艺的衍射光学技术，一直是LBTEK 的核心技术之一，目前已实现材料、设备、工艺三大环节全流程自主掌握，构建了从概念到成品的完整链条，不仅能够满足对样品定制的多样化需求，也能轻松应对KK级规模的批量生产任务。LBTEK聚合物匀化DOE产品已广泛应用于多个领域，为助力激光制造产业升级优化，LBTEK 推出了更适用于高功率和紫外波段应用场景的石英匀化DOE品类。