在激光加工應(yīng)用中，DOE在光束整形和多光束加工方面有著自己的優(yōu)勢(shì)。如果能夠使這些功能通過(guò)搭配組合，把衍射光學(xué)元件的多種光束整形功能整合在一個(gè)鏡片上，則能在實(shí)際激光加工和科研中發(fā)揮更大的作用。這種功能可調(diào)的光束整形的設(shè)計(jì)方式為在DOE表面設(shè)立不同的衍射功能區(qū)，每個(gè)DOE分區(qū)都能獨(dú)立工作產(chǎn)生特定的衍射圖案，在使用具有多個(gè)子孔徑的DOE時(shí)，可以通過(guò)改變光束與DOE之間的位置，或者改變光束相對(duì)于DOE中心的位置，實(shí)現(xiàn)不同的功能或者不同的功能組合。這種輸出光斑可調(diào)的DOE又稱為多合一DOE，多功能DOE。

目前討論的子孔徑，可以適用于以下四種主要焊接應(yīng)用。我們根據(jù)它們的造型需求來(lái)定義這些類(lèi)別，具體見(jiàn)表1。

M型光斑（π型光斑）

對(duì)于焊接應(yīng)用，傳熱功能取決于許多參數(shù)，例如暴露時(shí)間，材料的電導(dǎo)率，環(huán)境條件等。

形狀均勻的光束對(duì)于焊接面積較大的區(qū)域（在這個(gè)區(qū)域常進(jìn)行光束整形）的焊接應(yīng)用不是的。 通常，中心區(qū)域過(guò)熱，而拐角加熱不足。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)產(chǎn)生與熱圖成反比的光照分布來(lái)解決，其中中心的強(qiáng)度，拐角的強(qiáng)度–這稱為正方形M型光斑。 中心和拐角之間的強(qiáng)度比可以通過(guò)上面子孔徑部分中所述的相同即時(shí)調(diào)整以適應(yīng)特定的工藝需求。 實(shí)時(shí)控制和閉環(huán)反饋可以使此過(guò)程更加。 圖9顯示了方形M型光斑的強(qiáng)度分布示例。

調(diào)整M2的光束整形

除了將激光輸出到一個(gè)特定空間強(qiáng)度分布的標(biāo)準(zhǔn)光束整形外，還有另一個(gè)非常有趣的想法是多模激光的合成光束整形（或M2變換）。

通常，焊接應(yīng)用中使用的高度多模激光器由于M2值高而無(wú)法緊密聚焦。 對(duì)于光纖耦合kW激光器，功率與非相干性之間存在內(nèi)在聯(lián)系——通常，功率越高，光纖數(shù)值孔徑（NA）越大，M2越高。 因此，當(dāng)以非常高的功率工作時(shí)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)整形無(wú)法實(shí)現(xiàn)具有良好焦深的緊密聚焦。

一種實(shí)現(xiàn)縮小聚焦和增加聚焦深度的是在正交軸上操縱激光光束質(zhì)量，以使其中一個(gè)軸變得非常相干而個(gè)軸變得非常不相干。總體而言，空間連貫性僅略微增加。當(dāng)前，M2轉(zhuǎn)換有兩種已知的形式——x-y坐標(biāo)和R-θ坐標(biāo)。

我們?cè)趫D11中演示了在M2變換之后使用當(dāng)前使用的形狀。左下角的小圖形表示現(xiàn)有的形狀，而大圖像表示使用M2變換可能會(huì)改善的形狀。

圖11a中展示出了用于釬焊和焊接的三點(diǎn)激光整形。在這種中，通常沿箭頭方向掃描。通過(guò)M2變換，可以在保持與當(dāng)前形狀相同的功率密度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更窄的中心點(diǎn)和環(huán)繞點(diǎn)。這樣可以釬焊具有更窄和更小接縫的特征。

圖11b描述了類(lèi)似的概念，但是以極坐標(biāo)表示。 與中心點(diǎn)相比，環(huán)形光束具有相同的功率密度，并且環(huán)形厚度更窄。

圖11c顯示，可以通過(guò)M2轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)非常態(tài)分布，而這在高度多模激光器的正常成形中是不可能的。如果沒(méi)有M2變換，對(duì)于較小的環(huán)直徑，環(huán)將重疊，而對(duì)于轉(zhuǎn)換后的光束，環(huán)可具有較小的分離角度。