自1960年首臺激光器問世以來，經過近70年的發展，激光技術已經形成了龐大的產業規模，廣泛應用于工業加工、醫療美容、商業、科研、信息和軍事等多個領域。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，而要實現光斑形狀的改變，則離不開光束整形器。
采用衍射光學元件（Difractive Optical Element，DOE）進行光束整形是近年發展起來的非常方便、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，還可以實現在激光傳播方向特定的光強分布。典型的功能包括：產生平頂分布圓光斑或矩形光斑；產生線形分布光斑；將非均勻多模激光進行勻化；產生環形以及多環等光斑分布；產生一維、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域DOE光束整形器的應用。
熔蝕與構造
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。熔蝕通常采用小區域高能量脈沖實現。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，超導結構制備，金屬部件常規焊接與邦定，MEMS結構加工等。
采用平頂發生器或渦旋位相板可以產生邊界銳利的光斑構型，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多個區域并行處理，提升產率。
激光溶蝕（上）與表面構型（下）
相關DOE產品：平頂光發生器，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，實現高速率、大深度、窄縫寬焊接。激光焊接通常在大規模制造中自動化進行。與切割技術協同，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，生成高質量焊縫。采用分束器產生的多焦點焊接，可提升加工速率。
激光焊接（左）與平頂光斑（右）
相關DOE產品：平頂發生器，勻化器，分束器，C型發生器，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中。在焊條熔融之前，如能夠將焊接金屬先行清洗、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產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DOE產品：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DOE產品：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，通過運動機構掃描并按指定路線切割工件。激光切割為工業制造的重要手段；常常需要在不使用長焦透鏡的情況下延長焦點的焦深，以減少切割區域的崩邊、熔邊，提升切割質量。
金屬切割利用激光聚焦產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部沉積，實現單次切割，而不需要調整焦點位置后再次掃描。這種方式對于隱裂切割特別有用：透明材料內部的局部受熱使得切縫變脆而不是熔融，后續再采用機械方式沿切縫分離，形成理想的斷縫。
金屬切割與環形光斑（上），玻璃切割與貝塞爾焦斑（下）
相關DOE產品：
金屬切割：渦旋位相板、平頂發生器；
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。作為激光加工領域主流應用之一，多年來發展了各種打孔技術：單脈沖，叩擊，旋轉打孔，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形孔。
激光鉆孔工藝（左），金屬管打孔（右）
相關DOE產品：多點分束器，平頂發生器，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。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工業中剝離發光薄膜中廣泛使用，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，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高功率密度的線光源。
LeanLine?線聚焦（左）與柔性材料剝離（右）
相關DOE產品：線光斑發生器
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構并達到很高的硬度。
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。平頂光發生器和光束勻化器有助于產生均勻的、邊界清晰的光強分布。
激光熱處理
相關DOE產品：勻化器，平頂發生器。
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