盛锐数码视野长娇：硬核：激光结构光的原理、设计和类型详解( 二 )
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图三.激光器内部构建结构光的方法
3.2实施方案
早期的结构光仅利用透射掩模进行振幅控制 ， 而后期则采用计算机生成的全息图（CGH）进行相位控制 。 CGH利用空间变化的深度d(x,y)来调整（动力学）相位 。
随后空间光调制器（SLM）的出现使深度得以保持固定 ， 取而代之的是变化每个像素的局部折射率n(x,y) 。
SLM的出现使得结构光得到快速发展 ， 激发了无数的应用 ， 尤其是在光通信、量子光学、成像、显微镜、激光材料加工以及光学捕获和光镊等领域 。
目前已经能够仅使用两个SLM实现对光的偏振、相位和振幅的完全控制 ， 以构建奇特的结构光图案 。 通过分别构造每个偏振分量 ， 然后通过干涉法将其组合 ， 也是使用动力学相位来构建矢量光束的一种方式 。
使用几何相位来替代动力学相位 ， 也可以构建奇特的光矢量状态 。
最初是使用空间变化的亚波长光栅超材料来实现 ， 每个亚波长光栅都充当一个偏振器并伴随着额外的光学相位变化 。
后来 ， 采用液晶、超表面和超材料也实现了类似的器件 ， 并在构造携带轨道角动量（OAM）的标量和矢量结构光中取得了特别的成功 。
之后 ， 结合早期振幅掩膜版所采用的傅里叶技术 ， 数字微镜设备（DMDs）也能够实现对光的振幅、相位和偏振态的完全控制 ， 目前这种仅控制振幅来实现结构光的技术已经成为近期的研究热点 ， 并被用于构建多种形式的结构光 。
04
各种类型的结构光激光器
4.1OAM激光器
激光器的OAM模式是一种特殊的标量模式 。
从激光腔中产生OAM模式通常需要插入特殊的光学元件 。
最早报道的OAM模式是产生于二氧化碳激光器中 。 该激光器使用腔内柱面透镜控制相位并结合螺旋相位板 ， 从而产生具有特定螺旋度的OAM模式 。
从那时起 ， OAM激光器不断发展 ， 并取得了众多进展 。 目前激光器输出OAM模式的最高螺旋度为l=288 ， 这是由刻在镜面上的环形振幅掩模产生的 ， 部分结果如图4所示 。
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图四.高OAM结构光
产生矢量涡旋光束是产生OAM光束的一个扩展 ， 特别是径向和方位角偏振光的产生 。
如图5所示 ， 使用具有偏振选择性反射的腔内轴锥 ， 可产生径向偏振的环形和弧形结构光 。
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图五.径向偏振环形结构光
OAM和波长的可调性在通讯和生物采样领域是一个热门话题 。
如图6所示的是混合自由空间和光纤平台上实现的可重构涡旋激光器 。
该激光器将光纤激光器的概念与带有SLM的动态腔内模式控制相结合 ， 形成涡旋光束 ， 可在Δλ=35nm和Δl=10范围内调节波长和螺旋度 。
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图六.可调涡旋激光器
4.2基于其他几何结构的结构光激光器
到目前为止 ， 所描述的激光器都假定存在一个谐振腔 ， 在每次往返后输出所需的模式 。 抛弃这个概念之后能够构建更多奇异的结构光激光器 。
基于共聚焦不稳定谐振腔的激光器 ， 其输出模式如图7所示 。
这种激光器除了简单的光圈和传统的抛光球面镜外没有其他内部元件 ， 但可以输出复杂的分形结构光图案 。
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图七.来自非稳腔的分形结构光
基于腔内二维微球阵列的混合微型激光器是产生分形结构光的另一种方法 ， 如图8所示 。
通过调节腔体长度和球体几何形状 ， 这种混合激光器可以从球体中输出拉盖尔-高斯（Laguerre–Gaussian）光束、厄米-高斯（Hermite–Gaussian）光束和因斯-高斯（Ince–Gaussian）光束 。
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