飞秒激光凭借其超短脉宽和极高峰值功率,在微纳加工中发挥了重要的优势,而飞秒激光的加工效率制约其在工业领域的应用。近年来,研究者成功将空间光调制器应用于飞秒激光加工,实现飞秒激光加工效率和灵活性的进一步提高。本文综述了近年来硅基液晶空间光调制器在飞秒激光加工领域的研究进展,主要包括多焦点并行加工、结构光场并行加工和矢量光场加工,分析了三种方法的优势和不足。并从光场均匀性和衍射效率两个方面,讨论了近年来对光场质量的研究。最后探讨了该领域目前存在的问题,并对未来提出了展望。

结构光场是一类对光波空间结构进行剪裁的特殊光场。广义的结构光场包括具有空间变化的幅度、相位、偏振分布和空间阵列分布的光场。结构光场因其独特性而在光学操控、显微、成像、计量、传感、非线性光学、天文学、量子科学和光通信等领域获得了广泛应用。基于结构光场的光通信技术包括复用通信和编译码通信。本文回顾了结构光场编译码通信的研究进展,全面综述了结构光场的产生方法以及不同空间模式(轨道角动量模式、无衍射贝塞尔模式、线偏振模式、矢量模式、空间阵列)、不同编码方式(直接模式编码、高速映射)和不同应用场景(光子芯片、自由空间、光纤)的结构光场的编译码通信,并对其未来发展趋势进行了分析和展望。结构光场编译码通信开发了光场空间域维度资源,有望为解决光通信新容量危机和实现光通信可持续扩容提供潜在的解决方案。

复杂光场通常是指相位、振幅和偏振等具有特殊分布的结构光场,包括以轨道角动量模式为代表的涡旋光场和以偏振态非均匀分布的矢量光场。利用复杂光场构建多维复用光纤通信系统已成为空分复用光通信技术的研究热点。介绍了通过光纤实现复杂光场产生、调控、传输的方法;简述了新型环形纤芯光纤在低复杂度、短距模式复用光纤通信系统中的应用;介绍了基于Q玻片的短距直接检测矢量模式复用光纤通信系统实验;简要分析了光纤光栅耦合模式转换法,以及利用少模光纤实现一阶和二阶轨道角动量模式的产生方案;同时介绍了利用一维和二维周期渐变相位光栅测量涡旋光场特性的技术方案。光纤损耗和模式串扰是限制基于复杂光场的模式复用光纤通信系统性能的关键因素;基于光纤产生和调控高阶复杂光场仍然具有很大的挑战性。复杂光场模式复用技术作为一种基于光纤本征模式的复用技术,与其相关的研究在未来超大容量模式复用光纤通信系统中具有重要的研究意义和潜在的应用价值。

基于S波片和双延迟器的偏振特性, 提出了一种矢量光场的生成及偏振调控方法, 该方法能够将标量高斯光束转换为偏振态分布可调谐的矢量光束。结合Stokes-Mueller矩阵算法, 建立了矢量光场偏振调控的数学模型, 并仿真计算出标量高斯光束经过S波片和双延迟器(包括双1/4波片和双1/2波片两种情况)后的偏振态空间分布。讨论了双延迟器相对旋转时光场偏振分布的演化规律及机理, 实验结果与数值仿真结果相互吻合, 表明该方法可以实现对标量相干光场的复杂偏振调控, 验证了理论分析的正确性和该方法的可行性。

线性偏振光在显微物镜焦斑处入射, 与径向偏振光相干叠加产生三维偏振光场, 通过调节两束光光强比率和入射线偏振光偏振方向实现聚焦光场任意三维偏振方向的控制.基于矢量光场衍射理论建立了仿真计算模型, 对所提三维偏振方向控制方法的可行性进行理论验证和实验评估.构建实际控制光路并进行初步测试, 实验结果表明了该方法的可行性, 且相比于其他三维偏振控制方法, 本文所提方法和其控制光路更为简单易实现.

光场的偏振态作为光场调控的一个新自由度，逐渐成为研究者们关注的热点。对光场偏振态的非均匀调制可以实现光子自旋-轨道相互耦合，从而发掘很多新的光学现象，其中Pancharatnam-Berry(PB)相位扮演了至关重要的角色。在偏振转换中，光场的不同偏振分量得到不同的PB相位。利用PB相位对光场偏振分量进行波前整形，以控制光场偏振分量的传输，从而在光场传输过程中实现偏振转换、角动量转化、能流控制等。光场偏振调制的相关研究在自旋选择成像、微粒操控、激光微加工、信息传输与修复中具有潜在的应用价值。分析了偏振调制光场的传输和控制原理，总结了近年来国内外的相关研究工作进展。