周期性结构对矢量光场的调控及其在位移测量中的应用

【摘要】：矢量光场由于其独特的性质和潜在的实际应用价值,逐渐引起了人们极大的关注,且其光场偏振态(SoP)分布受到了初始相位、径向调控参数、偏振拓扑荷等参数的影响。本论文较为系统的研究了矢量光场通过一些周期性结构(单缝、圆孔、光栅等)后的传输特性。具有不同SoP分布的矢量光场,在单缝和圆孔的夫琅禾费衍射中,远场分布呈现出不同特性。通过对入射光场的横截面中SoP径向变化的矢量光场的调控,得出总的干涉强度以及x和y两个偏振分量分布分别受到初始矢量光场的拓扑电荷m、初始相位θ_0和径向调控参数l的调控的结论。通过对SoP分布沿光栅的垂直方向变化的矢量光场的光栅衍射的研究,结果表明可以通过对入射光场的横截面中径向变化的偏振态矢量光场的调控,得到远场中的x、y方向以及总的复杂衍射条纹。光栅传感位移测量系统逐步向智能化方向发展,而矢量光场的应用领域也非常的广泛,包括光学位移测量,光学成像,激光测绘等。又因为矢量光场有着许多不同于标量光场的独特性质,在矢量光场通过光栅后x-和y-偏振分量的条纹叠加产生莫尔条纹,利用矢量光的这一特性设计了一套基于矢量光场的位移测量系统,并应用于精密位移数控检测系统中,来对数控机床上的位移信号实时的检测。针对该系统,进行了系统硬件结构设计,位移信号处理电路设计,通信串口电路设计,显示和按键报警电路设计,以及下位机和上位机软件设计。最后,比较全面的分析评价了该位移测量系统的优点和不足之处。通过调控矢量光束的偏振态分布,产生不同的莫尔条纹分布,来提高测量的灵敏度,并通过位移信号细分辨向处理电路来提高位移测量的精度。