近年来，空间结构光场引起了国内外研究者们的广泛关注，并迅速发展成为光学领域的一个研究热点。空间结构光场由于具有特殊的相位及偏振态分布特性，在精密测量、超分辨成像、微粒操控、非线性光学、量子光学及大容量光通信等领域有着重要的研究价值和广阔的应用前景。

　　一般地，可将空间结构光场分为两类：一类是自由空间结构光场，另一类是光纤结构光场。

　　与自由空间结构光场相比，光纤结构光场的产生受边界条件严格约束，结构光场的类型非常有限，但是光纤结构光场也具有一些无可比拟的优势。例如，不同波长、强度/偏振态分布的结构光场在光纤中自然同轴传输时，可大大提高受激发射耗损(STED)荧光显微成像照明光源的同轴性及环境稳定性;光纤传输损耗低，将光纤结构光场作为光纤通信系统的一个新自由度，可极大地提高远距离光纤通信系统的信息传输容量;光纤结构光场在光纤内部传输，当其用于激发光纤端面集成的金属针尖时，既可实现高功率密度纳米聚焦光源产生，也可消除远场激发的背景噪声，其在高分辨光谱学测量方面具有非常重要的应用价值。

　　STED成像

　　STED荧光显微成像使用两束不同波长、不同能量分布且严格共轴的激光，一束为高斯光束，用作激发光;另一束为环状光束，用作损耗光。

　　激发光使艾里斑范围内的荧光分子被激发，其电子从基态跃迁到激发态。损耗光使激发光斑外围的激发态分子以受激辐射的方式回到基态，而位于激发光斑内部区域的激发态分子则不受损耗光的影响，仍以自发荧光方式回到基态。此同轴照明方式可将自发荧光区域限制在小于艾里斑的区域内，极大地提高了成像分辨率，并在生物医学等领域得以广泛应用。

　　常规STED照明光源利用体光学器件在自由空间搭建，为了确保激发光与损耗光高度同轴，需要苛刻的双光束同轴校准过程，系统稳定性易受外界环境影响。而光纤中不同波长和不同强度分布的两束光自然同轴，无需苛刻的双光束同轴校准过程，且不易受外界环境影响，在构建STED照明光源方面非常便捷。

　　长距离、大容量光纤OAM通信

　　目前，OAM通信引起了国内外研究者们的广泛关注。光波的振幅、相位、偏振、波长和时间维度作为光纤通信系统的自由度，已经被广泛地用来增加光纤通信系统的信息传输容量。光纤OAM光束用作光纤通信系统的一个新自由度，可以进一步提高光纤通信系统的信息传输速率。

　　2013年，美国波士顿大学的Bozinovic等利用可实现简并矢量模式高度分离的涡旋光纤，将OAM光束作为光纤通信系统的一个新自由度，搭建了OAM光纤通信系统，在1.1 km长的涡旋光纤中实现了1.6 Tbit/s的信息传输，该研究工作为OAM光束用于长距离、大容量光纤通信提供了实验基础。随后，国内外的众多研究者在光纤OAM和光纤柱矢量光通信方面开展了大量研究工作，如华中科技大学Li S H等和中山大学Li J P等，增大了光纤通信系统的传输距离和容量。

　　等离子针尖纳米聚焦

　　等离子体针尖纳米聚焦可打破常规光学系统衍射极限，将光能量局域在针尖尖端纳米尺度范围内，其在针尖增强拉曼光谱学及纳米非线性光谱学领域具有重要的应用价值。通常情况下，利用激发光远场照明金属针尖实现针尖尖端等离子体纳米聚焦，但激发光的聚焦光斑尺寸远大于金属针尖，在激发金属针尖实现纳米聚焦的同时，还会产生很大的背景噪声，这将降低针尖拉曼/纳米非线性光谱检测系统的灵敏度和分辨率。

　　2015年，德国耶拿大学的Tugchin等提出利用光纤径向偏振矢量光场内激发镀金属膜光纤针尖，既可实现等离子针尖纳米聚焦，又可消除远场激发背景噪声。该结果表明镀金属膜针尖尖端纳米聚焦光源具有径向偏振分布特性。

　　非线性频率转换

　　光纤中的受激拉曼散射(SRS)效应是非线性光纤光学领域的重要研究热点之一。利用SRS效应可以构建光纤拉曼激光器及光纤拉曼放大器，二者在光纤通信领域具有重要的应用价值。此外，光纤通信系统中的SRS效应产生的新频率成分，会导致光纤通信系统的信道功率分配失衡，从而降低通信系统的信息承载容量。光纤通信系统中，虽然光纤结构光场作为一个新自由度，可以极大地提高系统的信息承载容量，然而，结构光场在光纤中长距离传输时引起的SRS效应对通信系统数据传输的影响并不清楚，因此对空间结构光场在光纤中传输时引起的SRS效应的研究显得至关重要。

　　美国波士顿大学的Ramachandran等利用实验装置在涡旋光纤中产生了纳秒径向偏振矢量光场(1064 nm，22 ns，10 Hz)，并测量了纳秒径向矢量光场在100 m长的涡旋光纤中传输时SRS光谱强度与抽运脉冲功率之间的关系。随着抽运功率的增加，可清晰地观察到频率间隔约为13 THz的斯托克斯谱线。抽运光、一阶和二阶斯托克斯谱线的光谱及相应的横向模场强度分布的偏振态检测结果显示，一阶和二阶斯托克斯谱线的横向环状模场强度分布依然保持径向偏振分布特性。

　　展望

　　光纤结构光场作为光场调控的一个重要分支，在诸多领域引起广泛关注。截至目前，研究者们在光纤结构光场的产生机理和方法等方面开展了大量工作，并取得了一系列研究进展;此外，基于结构光场在光纤中长距离、同轴及稳态传输等特性，研究者们在STED成像、光纤涡旋光通信、无背景纳米聚焦光源产生和非线性频率转换等方面开展了一系列探索。经过十几年坚持不懈的努力，光纤结构光场调控得以长足发展，但仍有许多问题亟待解决。

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　　光纤结构光场分束/合束。光纤中能量的分束/合束是构建全光纤通信系统的关键，常规光纤耦合器利用单模光纤制备，基于锥形光纤的倏逝波耦合，即可实现光纤能量分束。然而，光纤结构光场是高阶矢量模式，其只能在少模光纤中传输，若要实现光纤结构光场的分束/合束，需要在实现能量分束/合束的同时，还要确保耦合到其他光纤中的能量仍然与原有光场保持相同的相位和偏振分布，该部分研究工作尚缺乏理论和实验支持。 

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　　支持结构光场稳态传输的少模光纤制备。光纤结构光场大都利用常规少模光纤产生，此类光纤通过增加纤芯直径以提高支持传输的矢量模式数，但其不能实现简并矢量模式的有效分离。虽然利用此类光纤可实现结构光场产生，但由于同组高阶矢量模式的有效折射率非常接近，光纤结构光场的相位/偏振分布易受外界扰动影响。此外，虽然已有研究工作报道利用涡旋光纤实现了长距离、大容量光通信，但此类光纤只能实现第一组高阶简并矢量模式的有效分离，不支持更高阶简并矢量模式的传输及有效分离。而支持更高阶简并矢量模式有效分离及稳态传输的少模光纤的制备，必将极大地提高光纤模分复用系统的信息传输容量。

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　　光纤结构光场的精准波长操控。光纤结构光场产生主要集中在通信波段展开，通过调谐激光波长虽然可以满足光栅的波矢匹配条件，以实现光纤结构光场产生，但许多后续应用，如STED成像、无背景纳米聚焦光源等，都需在特定波长实现光纤结构光场的高效产生。目前，已有的制备方法只能写制周期固定的光栅结构，缺乏实现特定波长结构光场产生的能力。因此需要找到更合适的方法或者提高现有光栅制备工艺，以实现光纤结构光场的精准波长操控。

　　总之，光纤结构光场调控尚有许多问题亟待解决，相关理论及技术的突破，不但能够丰富光纤结构光场调控的手段，也能极大地促进其在生物光子学、大容量光纤通信、纳米光子学和非线性光谱学等领域中的应用。