自然界中,随机表面随处可见,相干光波经过随机介质或随机表面散射后便会形成随机光场。从激光器问世后对散斑现象的研究更加深入和全面,例如不同形状孔径散斑的相位奇异,通过光学衍射屏调制生成团簇散斑现象等。散斑中的光学涡旋复杂多样并具有代表性。而光学涡旋自诞生距今已有三十年,人们对其性质、产生方法及应用的研究取得快速发展。由于它因携带不同的轨道角动量所具有的独特性质而被应用于光学微控、量子纠缠、信息传输等众多领域,因此由多个携带单一或不同拓扑荷涡旋光组成涡旋阵列的生成得到广泛关注,多种产生涡旋阵列光场的方法被提出,这在捕获和观察多个微粒,实现多通道光纤通信,物体位移测量等领域会产生更大的价值。因此散斑中涡旋阵列的研究及更加简便高效生成涡旋阵列的方法更值得期待。矢量光场是指在同一波前的不同位置同时具有不同偏振态的光场,由于它具有多样态的偏振分布使得在很多领域得以应用而备受关注。矢量光场从单一的线偏振态已发展为柱坐标系下同时包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振的杂化偏振矢量场,并且利用庞加莱球这种偏振态表征工具,设计出全庞加莱矢量光场、高阶庞加莱球、混合庞加莱球及广义庞加莱球等新型矢量光场。随着矢量光场的深入研究,同一光场内具有不同数目和位置的多重奇异性的矢量光场阵列的生成受到研究者的青睐,这在一定程度上丰富了矢量光场的应用。本论文基于多孔衍射屏对光场的调控作用,实现了团簇散斑中涡旋阵列及光学格子的生成,并设计螺旋线上分布的六孔屏结构在菲涅尔衍射面上实现多类型光学格子分布,利用孔屏光场干涉及准周期莫尔超晶格原理,设计孔屏分布结构,实现带有反向拓扑荷的左右旋圆偏振光经孔屏后叠加生成形态丰富的矢量光场阵列。本论文的研究内容如下:1.第一章首先概述了随机散斑的基本理论并对团簇散斑的研究进展进行总结,针对散斑中光学奇异点进行简要介绍。接着给出涡旋光场的基本概念及理论描述,在涡旋光场三十年发展过程中按照基础理论、应用开发、技术突破三个阶段对国内外的研究进展进行了综述,并总结了其在各个领域的重要应用,对目前涡旋阵列的生成方法进行细致的介绍和分析。最后介绍了描述矢量光场偏振态的几种表达形式,并对矢量光束的研究进展进行了综述,尤其针对矢量光场阵列的生成方法做了详细的介绍。2.第二章给出利用多孔散射屏产生光学格子及涡旋阵列的方法。首先在实验上利用相干光照射沿圆周分布的多孔散射屏产生团簇散斑,发现其中包含了不同基元结构的光学格子,如典型带有一阶涡旋的六角(hexagonal)格子、二阶涡旋的恩威(kagome)格子和相位二值化的蜂窝(honeycomb)格子等,同时还首次观察到2π的非整数倍相位调制形成的非对称基元光学格子。通过团簇散斑场理论和计算分析,表明观察面内光学格子的产生源于随机散射屏相位调制,且格子类型取决于孔间相位差之和为2π的倍数值。此外我们给出了得到周期性的光学格子和涡旋阵列需满足的条件。3.第三章提出了一种相干光照射均匀分布在螺旋线上的六孔屏在菲涅尔衍射面可同时产生多种光学格子阵列的方法。依据螺旋孔屏到像面各点距离差引起相位变化,使得在菲涅尔衍射面出现团簇状光学格子的现象。并且通过相位图分析,验证涡旋阵列的存在。通过数值模拟给出四种因素对光场调控的作用:首先通过改变螺旋线开口值,即可改变六孔到达观察面中心点的距离,使得中心处光场格子可调,并随偏离中心位置距离变化,相位涡旋发生变化,从光强来看成径向演化规律;第二,孔径大小控制干涉现象的生成;第三,六孔在螺旋线上的排布角度变化与像面光学格子分布变化角度一致;第四,观察面光学格子的密度受螺旋线形态的影响,螺旋线分布区域面积越大,所产生的光学格子越密集。螺旋六孔屏对光场调控生成多态分布的光学格子,为涡旋阵列在各领域的应用提供了更加简便有效的途径。4.第四章提出了基于一般矢量光场生成的基本理论,利用沿圆周均匀分布的多孔屏结构实现了左旋圆格子光场与右旋圆格子光场叠加而生成了新型矢量光场阵列现象。首先研究了带相反轨道角动量的左右旋圆偏振光分别照射方位排布及大小完全相同的两套六孔屏,在傅里叶面生成周期性矢量光束,我们数值模拟验证了六角格子矢量光场及kagome矢量光场的生成现象,并对结果进行理论分析。接着讨论针对kagome及honeycomb格子基于石墨烯旋转产生的准周期莫尔超晶格原理,改变两套孔屏的分布方位获得新型光场。经过设计使得其中一套孔屏以所分布圆心为轴旋转27.796度或32.204度,另一套孔屏保持不变,仍然用带有反向轨道角动量的左右旋圆偏振光分别入射,在傅里叶面进行叠加,通过数值计算得到的新的光场中包含高阶庞家莱球及广义庞家莱球內壳偏振态的矢量阵列,验证了多孔屏可实现多种类型矢量光场阵列的结论,并对得到的偏振态分布进行理论解释。经过孔屏形成的多束光干涉光场生成的这种新型光场结构将在拓扑光子学、自旋和赝自旋操作及拓扑绝缘体等方面带来新的应用价值。5.第五章为博士期间主要工作的总结和进一步工作的展望。