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撰稿 | 君与同行
01
结构光的历史背景
激光的历史可以追溯到半个多世纪以前，它不仅对许多研究学科而且对我们的日常生活都产生了深远的影响。
梅曼的第一个光腔具有制造激光器所需的三个核心部分：一种增益介质，一种激发它的手段，以及一个光学谐振器，谐振模式的空间分布由平面-平面法布里-珀罗（FP）腔内的衍射"塑造"。
起初，人们认为只有平面波会在这样的空腔中共振，几乎没有余地对输出光的空间分布进行“裁剪”。
在这项开创性的工作之后，研究人员开始思考如何控制输出场的结构形态，并成功展示了通过幅度滤波进行空间模式的控制，随后使用相位滤波也实现了类似的效果，最近又结合了更多的自由度，如光的自旋和轨道角动量，并逐步朝着直接在光源处进行完全模式控制的最终目标迈进。
02
什么是结构光？
结构光来源于在空间和时间上“定制”光场的能力，前者是指对光场的振幅（强度）、相位（波前）和偏振的控制，而后者是指对光场的时间和频谱的控制。
结构光已经逐渐发展成为光学领域中一种重要的工具，在成像、显微镜检测、激光材料加工以及光通信等众多领域中展现出巨大的应用前景。
图一. 各种形式的结构光的示例
03
如何在激光器外部和内部产生结构光？
3.1设计方法
3.1.1 外部构建结构光
绝大多数结构光是在光源外部构建的标量场。有多种方法可以实现此目的，如图2所示，根据允许的步骤数、要控制的自由度以及可接受的损耗量进行选择。
第一种外部构建结构光的方法如图2a所示，
单步式有损耗复振幅调制方法，可以对近场相位和振幅进行控制。使用透镜组将输出平面中继到所需的位置，同时透镜组还充当空间滤波器以去除不需要的光。此时输出远场的相位和振幅都已构造成所需的轮廓。
第二种外部构建结构光的方法如图2b所示，
单步式无损耗纯相位调制方法，可对输出远场振幅或近场相位进行整形，此时输出远场的相位未受控制。
第三种外部构建结构光的方法如图2c所示，
两步式无损耗纯相位调制方法，可对输出远场中的相位和振幅进行整形。第一个元件构造所需的振幅，第二个元件校正相位。
