摘要: 奇异性光场，作为结构光的一种，近年来一直作为研究热点。其中，相位奇异性会产生光学涡旋，偏振奇异性会产生矢量光场。随着偏振奇异光场生成方法的不断产生，推动了其在高数值孔径聚焦、粒子操控、光学信息处理、光通信等各个领域的应用。 矢量... 展开 奇异性光场，作为结构光的一种，近年来一直作为研究热点。其中，相位奇异性会产生光学涡旋，偏振奇异性会产生矢量光场。随着偏振奇异光场生成方法的不断产生，推动了其在高数值孔径聚焦、粒子操控、光学信息处理、光通信等各个领域的应用。 矢量涡旋光场，兼具光学涡旋的螺旋状态传播，以及传播截面非均匀偏振分布的矢量状态，拥有着更加广阔的应用潜力。最新的研究方向是多个矢量光束集成的矢量涡旋阵列,它可以对多个粒子同时操控，进行多通道通信、多个位置同时进行激光加工。而如何产生矢量阵列一直是研究重点。目前已经出现了诸如达曼光栅、空间光调制器、超表面等方法。但是，更为简便、灵活生成矢量涡旋阵列光场的方法希望被提出。 类比于庞加莱球对偏振态的分析，研究者提出了高阶庞加莱球对矢量光场及偏振态进行描述，高阶庞加莱球球面任意位置的矢量光场可以通过两组圆偏振光作为基矢叠加产生。而多光束干涉可以产生光学涡旋阵列，且采用多孔屏光场调控产生矢量光场的研究也已经出现。在这些研究基础上，我们对多孔屏光场调控生成矢量涡旋阵列的方法进行了更深入的研究。研究成果以及创新点如下: 第一，本文基于菲涅耳衍射、多光束干涉以及矢量光束的叠加原理，设计了一种螺旋线孔屏生成矢量光束阵列的方法。采用左旋和右旋圆偏振光束分别入射所设计的旋向相反两套阿基米德螺旋线方式排布的六孔屏结构，进行光场叠加，产生一阶矢量光场阵列。通过改变螺旋线针孔的位置及出射光强弱，实现对相位差及振幅的调制，从而得到了高阶庞加莱球任意位置偏振态的矢量光场阵列。我们首先对理论进行了验证，并提取部分光强灰度图进行作图，然后定性分析产生的阵列效果以及偏振态分布，从理论上证明螺旋线孔屏可以生成矢量涡旋阵列。该方法是对多光束干涉产生矢量涡旋阵列的扩展，为矢量光场阵列的研究提供一种新的思路。可能应用在光通信、光学捕捉、激光加工等领域。 第二，设计了以对称方式排布在半径不同的圆周上的八孔屏和十二孔屏，通过采取不同拓扑荷的涡旋光入射设计好的多孔屏结构，叠加产生更高阶的庞加莱球矢量光场阵列的方法。我们首先选取两套四孔屏以及六孔屏分别进行不等半径的旋转叠加，从而找出了排布在半径不相同的圆周上的八孔屏和十二孔屏可以产生出二阶以及三阶涡旋阵列。然后用拓扑荷数相同但符号相反的二阶涡旋入射两套八孔屏;拓扑荷数相同但符号相反的三阶涡旋入射两套十二孔屏，产生了闭合的二阶以及三阶矢量涡旋阵列。通过调控初始相位差和振幅比模拟出庞加莱球不同位置的偏振态分布并分析，模拟产生了多种矢量分布状态。据了解，之前并未有人使用该方法产生出二阶以及三阶的矢量偏振态。 收起