激光加工中的“零级光妖怪”，如何智斗这位“不速之客”？——《黑神话：悟空》版

你是否也曾幻想，自己化身孙悟空，手持如意金箍棒，斩妖除魔?在超快激光加工的世界里，我们正面临着一个隐藏在光路中的“小妖怪”——零级光。别看它个头不大，但它会悄悄影响加工精度，给你制造不少麻烦。今天，我们就以《黑神话：悟空》为灵感，来一场光学领域的除妖之战!

01、零级光

零级光妖怪的来历

在激光加工的“天庭”里，空间光调制器(SLM)担任着掌控光线的“天将”角色。它负责对光束进行相位调制，将其转化为理想的光场。然而，事情并不总是那么顺利——由于SLM的“像素”之间存在空隙，有些光束无法被调制，它们反射出来，汇聚成了一个不请自来的小妖怪——零级光。

就像孙悟空修炼成神之前遇到的那些“小妖怪”一样，零级光虽然不起眼，但它随时可能跳出来捣乱，破坏加工效果。

如何逮住零级光?

我们先看一下空间光调制器基础加工光路：

在设计加工光路时，SLM需要成像到光学系统的加工平面，通常位于聚焦物镜的前焦面。物镜的前后焦面具有傅里叶变换关系，SLM在前焦面加载相位信息，即可在后焦面生成所需光场。由于SLM与物镜的距离大于焦距，其相位/振幅分布会引发衍射导致光束畸变，因此需使用4f系统来真实重现SLM的相位和振幅。4f系统设计为SLM在第一个透镜前焦面，两个透镜相距2f，像平面位于第二透镜后焦面，物平面与像平面相距4f。

经相机观察到经聚焦物镜聚焦到样品表面的光斑---“HPK”字样

大家注意看，除了调制后的光斑外，还会出现一个亮点，即零级光。由于SLM的像素间存在间隔，入射到间隔部分的光未被调制，且玻璃表面有一部分光直接反射未被调制。这些未调制的光汇聚在透镜后焦点上，形成零级光。

02、应对方案

孙悟空的斗法——如何降服零级光妖怪

既然妖怪已经现身，那我们该如何借助孙悟空的智慧和战斗力来降服它?有几种战术可以让你从容应对，赶跑这位“妖孽”。

第一式：如意棒法——硬件出击，精准出手

孙悟空的如意金箍棒能变大变小，随心所欲。而在激光加工中，硬件的优化就像悟空的棒法一样灵活强大。首先要保证入射的激光是纯净的水平偏振光，因为滨松的相位型SLM只对水平偏振光进行调制。如果入射光偏振不对，零级光妖怪会更嚣张。

你可以通过半波片+PBS组合，确保偏振方向完美无误。许多“天命人”(用户)初次使用SLM时，零级光非常明显，往往就是因为偏振没有调节好，就像悟空的棒法还不够纯熟。记得，如果使用绿光激光，人眼对绿光特别敏感，这时不妨借助“火眼金睛”——相机来观察零级光的强弱。

第二式：金箍棒三段击——软件法术，降妖伏魔

就像孙悟空对付妖怪时不仅依赖金箍棒，还善于施展各种法术，我们也可以通过不同的软件算法来“施法”，驱逐零级光。

下面我们一一详细介绍这几种方法：

1. “腾云驾雾”之菲涅尔相位法

通过在SLM上叠加菲涅尔透镜相位，你可以将衍射图像“腾云驾雾”般在光轴上移动，而零级光妖怪依然困在原地。叠加相位后，衍射图像会沿光轴前后移动，而零级光因未被SLM调制，最强的位置仍保持在透镜的后焦点。通过叠加菲涅尔透镜相位，可以在z方向上将衍射图像与零级光分离开。这一招很简单，但并不能完全消灭它，只能暂时把它“困住”——就像悟空一棒将妖怪打飞，却未彻底除掉。

2. “分身术”之闪耀光栅法

这一招可厉害了!借助闪耀光栅相位，你可以将衍射图像横向移动，就像悟空的分身术，将图像与零级光妖怪分开。对于使用了4F系统的空间光调制器系统，可以在4f系统的中央焦点位置放置一个光挡，就可以彻底的挡住零级光，使其再也无法作祟。这一招威力强大，能彻底解决零级光，但光路设计稍复杂，就像悟空的分身术需要精准掌控。

3. “戳棍”之干涉消除法

还有一种方法，类似于孙悟空用金箍棒戳妖怪。这是在设计相位图时，主动在零级光的位置生成一个与其对立的衍射光点，两者相互干涉，进而抵消掉零级光。这招虽然看似简单，但要精准戳中，找到合适的强度和相位来彻底消除零级光，还需要时间和耐心，就像悟空用金箍棒戳住妖怪，慢慢将其制服。

如下为叠加菲涅尔透镜相位的方式降低零级光影响，调制后的光与零级光的z方向上分离，调节加工平台的高度位置，找到已经与零级光分离开的光斑：

悟空的智慧结晶

在超快激光加工的“西游之路”上，零级光妖怪虽然烦人，但通过硬件的精准调控和软件的妙法组合，终能将其降服。无论是借助如意棒的刚猛之力，还是依靠法术的巧妙调度，零级光注定无法在光路中肆虐。

下次在激光加工中遇到零级光时，别慌!像孙悟空一样，从容应战，用你的智慧和技能，除掉这个“小妖怪”吧!

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审核编辑 黄宇