飞秒激光以其超短脉冲、高峰值功率和极小的热影响区等特性，在精密微加工、生物医学、光存储及微纳光子器件制造等领域展现出巨大潜力。传统的飞秒激光高斯光束在加工复杂结构和追求极限精度时存在局限。为此，空间整形技术应运而生，通过主动调制激光波前或光强分布，实现对加工过程的精细控制。本文将重点介绍三种在飞秒激光加工中发挥关键作用的空间整形技术：光束分束与多焦点技术、涡旋光束整形技术以及计算机生成全息图（CGH）光束整形技术，并探讨其具体应用与前景。

一、 光束分束与多焦点技术
光束分束技术旨在将单一飞秒激光光束分割成多个独立的子光束，形成阵列化的加工焦点。这通常通过衍射光学元件（DOE）或空间光调制器（SLM）实现。DOE基于微纳结构产生固定的衍射图案，而SLM则能通过加载不同的相位图实现动态、可编程的分束。

应用实例：

1. 高效率并行加工：在半导体晶圆上大规模制造微孔、微透镜阵列或光栅结构时，多焦点技术能实现数百甚至上千个加工点的同步作业，将加工效率提升数个数量级，同时保证加工点间的高度一致性。
2. 复杂三维结构雕刻：通过精确控制各焦点的强度、位置和加工时序，可以在透明材料（如玻璃、蓝宝石）内部逐层“雕刻”出复杂的三维微流控通道、光子晶体或光学存储单元。

二、 涡旋光束整形技术
涡旋光束是一种携带轨道角动量（OAM）的特殊光束，其波前呈螺旋状，中心光强为零，形成光学“黑洞”。通过螺旋相位板或SLM加载叉形相位图，可将高斯光束转换为涡旋光束。

应用实例：

1. 微环与螺旋结构加工：涡旋光束的光强环形分布特性，使其非常适合在材料表面或内部直接加工出高质量的微环、微齿轮或螺旋形纳米沟槽，这些结构在微机电系统（MEMS）、光子学器件和光学传感中至关重要。
2. 手性纳米粒子操控与加工：携带不同拓扑荷数的涡旋光束可以诱导材料产生特定的手性光学响应，为直接激光写入手性超表面、手性等离子体结构开辟了新途径，在手性光学与生物传感领域潜力巨大。

三、 计算机生成全息图（CGH）光束整形技术
CGH技术是空间光调制器（SLM）最核心的应用之一。通过计算机算法（如GS迭代算法）计算出能够将入射高斯光束转换为任意目标光场分布的相位全息图，并加载到SLM上，实现对光束振幅和相位的完全控制。

应用实例：

1. 任意复杂二维/三维图案直写：这是CGH技术最强大的能力。无需移动样品或光束，单次曝光即可在材料上加工出任意预设的复杂图案，如公司徽标、微电路、生物支架模型等，极大简化了加工路径规划。
2. 自适应光学与像差校正：在深入材料内部进行三维加工时，折射率不均匀会导致光束畸变和焦点退化。CGH技术可以实时计算并补偿这些像差，生成“变形”的波前，使其在穿过材料后依然能在目标位置形成衍射极限的紧聚焦光斑，从而显著提升深层加工的精度和质量。
3. 动态可重构加工：由于SLM的相位图可实时刷新，使得加工光场的形状、大小和模式能够根据需求在毫秒级时间内动态切换，为实现智能化、自适应、多功能的“光加工机器人”提供了核心技术支持。

展望与挑战：
空间整形技术将飞秒激光加工从简单的“切割”与“钻孔”，推向功能化、智能化制造的新高度。三种技术各具特色：分束技术侧重效率，涡旋光束侧重特殊结构，CGH技术则提供了终极的灵活性。未来的发展趋势在于多种技术的融合（如多焦点涡旋光束）、与人工智能结合实现加工过程的在线优化与闭环控制，以及开发更高效率、更高损伤阈值的整形器件以应对更高功率的飞秒激光。随着技术的不断成熟与成本的降低，空间整形飞秒激光加工必将在高端制造和前沿科学研究中扮演越来越关键的角色。