40年！MSLM如何變身為700W藍(lán)寶石SLM

在20世紀(jì)80年代的科技浪潮中，濱松光子踏上了探索空間光調(diào)制器(SLM)的征途。起初，工程部門憑借創(chuàng)新精神，巧妙地將真空管技術(shù)與光學(xué)晶體融合，成功研制出了第一代微通道空間光調(diào)制器(MSLM)。這不僅是一次技術(shù)的突破，更是濱松光子在光學(xué)領(lǐng)域的初步試水。

隨后，公司并未止步，而是繼續(xù)深耕液晶技術(shù)，開發(fā)出了第二代平行排列的向列型液晶空間光調(diào)制器(PAL-SLM)。這一設(shè)備利用液晶材料的特性，實(shí)現(xiàn)了更低的電壓控制，為光學(xué)調(diào)制帶來了新的可能。緊接著，第三代可編程相位調(diào)制器(PPM)的誕生，更是從計(jì)算機(jī)控制的角度，前所未有地提升了SLM的操控性。

圖2 液晶PAL-SLM and 可編程相位調(diào)制器PPM

時(shí)間的車輪滾滾向前，轉(zhuǎn)眼間來到了2002年。濱松光子受日本文部科學(xué)省的委托，承擔(dān)了一項(xiàng)國家級科研項(xiàng)目。在這一背景下，濱松不僅深化了對SLM技術(shù)的研究，還將其應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像識別領(lǐng)域，研發(fā)出了一種新型SLM和高速傳感技術(shù)。這為SLM的多元化應(yīng)用開辟了新的道路。

2006年，是濱松光子SLM研發(fā)歷程中的一個(gè)重要里程碑。濱松成功利用半導(dǎo)體技術(shù)，研發(fā)出了小型化的反射式LCOS (硅基液晶)空間光調(diào)制器。這一設(shè)備不僅設(shè)計(jì)精巧，而且具備高速、高精度的計(jì)算機(jī)控制能力，成為日本首個(gè)專門用于相位調(diào)制的LCOS空間光調(diào)制器。LCOS-SLM的誕生，標(biāo)志著濱松光子在SLM領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力達(dá)到了新的高度。

圖3 采用半導(dǎo)體技術(shù)的LCOS型空間光調(diào)制器(2006年)

濱松第一代LCOS-SLM以其480,000個(gè)像素的分辨率、16毫米(高)×12毫米(寬)的有效面積和20微米的像素尺寸，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸入光相位的精確控制。通過改變光波的相位分布，它能夠?qū)崿F(xiàn)二維或三維光強(qiáng)空間分布和光學(xué)畸變補(bǔ)償，為激光加工、超分辨率顯微鏡、細(xì)胞和原子操縱以及光通信復(fù)用技術(shù)等領(lǐng)域帶來了革命性的變化。

隨著LCOS-SLM技術(shù)的不斷成熟，濱松光子開始將其應(yīng)用于更多領(lǐng)域。他們與京都大學(xué)和新型玻璃論壇合作，參與了日本新能源和產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)的項(xiàng)目，成功研發(fā)出了使用LCOS-SLM的激光加工模塊原型。這一成果不僅驗(yàn)證了LCOS-SLM在激光加工領(lǐng)域的潛力，更為濱松光子贏得了業(yè)界的廣泛贊譽(yù)。

此后，濱松光子不斷推陳出新，為隱形切割設(shè)備(SD) 配備了基于LCOS-SLM的專用光學(xué)激光束調(diào)整器(LBA)，使其能夠?yàn)槊總€(gè)客戶的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)最佳加工條件。

進(jìn)入21世紀(jì)的第二個(gè)十年，濱松光子在SLM領(lǐng)域的探索并未停歇。他們參與了日本內(nèi)閣府科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新會議的跨部門戰(zhàn)略創(chuàng)新促進(jìn)計(jì)劃，致力于研發(fā)能夠高度融合網(wǎng)絡(luò)空間和物理空間的賽博物理系統(tǒng)(CPS)技術(shù)。在這一過程中，LCOS-SLM作為關(guān)鍵器件，被廣泛應(yīng)用于高精度光束控制技術(shù)的研究中。

圖4 利用日本國家項(xiàng)目研發(fā)的LCOS-SLM(左圖：高耐光性，2020年;右圖：大直徑，2022年)

通過改進(jìn)構(gòu)成器件的材料和結(jié)構(gòu)，2023年11月底成功推出了業(yè)界首創(chuàng)藍(lán)寶石SLM，將LCOS的平均功率閾值提高到了700 W以上，實(shí)測功率密度超過3127 W/cm2 。這一成果不僅鞏固了濱松光子在SLM領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，更為推動激光加工、光/量子通信以及光電子信息處理等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供了有力支持。

圖5 LCOS-SLM(空間光調(diào)制器)X15213系列

我們深知，技術(shù)的領(lǐng)先不僅體現(xiàn)在硬件的卓越上，更在于如何將這些硬件優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用中的高效與精準(zhǔn)。因此，基于多年來濱松SLM在多個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，以及對全球前沿技術(shù)的深入研究與吸收，我們的工程師團(tuán)隊(duì)在2024年對SLM算法進(jìn)行了細(xì)致的優(yōu)化與升級。針對物體表面的點(diǎn)陣、異形平頂光等復(fù)雜加工需求，以及物體內(nèi)部的激光倒角、激光打孔、加工波導(dǎo)、三維存儲等精細(xì)作業(yè)，我們提出了一系列切實(shí)可行的解決方案。這些方案旨在幫助工業(yè)用戶更靈活地利用濱松SLM進(jìn)行光調(diào)控，從而進(jìn)一步提升激光加工的質(zhì)量與效率。

圖6 空間光調(diào)制器發(fā)展歷程一覽

如今，濱松光子的高功率處理能力空間光調(diào)制器(SLM)已被廣泛應(yīng)用于各種加工應(yīng)用中，并隨著功能升級版本的推出，其應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大。至此SLM研發(fā)之旅的故事講到這里就先告一段落，但濱松光子將繼續(xù)秉承創(chuàng)新精神，致力于將SLM技術(shù)應(yīng)用于更多領(lǐng)域，為人類社會的進(jìn)步貢獻(xiàn)自己的力量。

圖7 濱松空間光調(diào)制器在多類科學(xué)研究中的應(yīng)用文獻(xiàn)合集(部分)

P.S.看到最后有驚喜，為了更直觀地展示濱松SLM的產(chǎn)品系列及應(yīng)用信息，小編將相關(guān)信息都整理到一張圖片里，方便大家查看下載。

圖8 空間光調(diào)制器產(chǎn)品&應(yīng)用一覽

自1953年創(chuàng)立以來，濱松光子已走過了超過70載的歷程，如今正穩(wěn)步朝向成為百年企業(yè)的宏偉目標(biāo)邁進(jìn)。在慶祝70周年里程碑之后，我們滿懷敬意與喜悅之情，特此推出系列紀(jì)念文章，旨在與攜手同行在“光之大道”上的每一位伙伴，共同回顧、分享濱松的歷程、愿景與實(shí)踐。

審核編輯 黃宇