分析了涡旋光与平面波的干涉现象，利用涡旋光共轴叠加干涉生成携带双态轨道角动量的光，并将其应用于轨道角动量拓扑荷数的检测。利用叉形错位光栅制备呈中心对称的涡旋光束，并讨论了在不同拓扑荷数情况下，利用两束涡旋光束干涉制备双态轨道角动量光束。数值模拟和实验结果表明，随着拓扑荷数的数值及正负的变化，两束涡旋光束干涉叠加后其干涉图像发生规律性的变化，据此可检测涡旋光束。涡旋光束在信息传输及编码方面具有重要意义，此研究为其在自由空间通信中的复用提供了实验依据，也为光通信系统的性能改善提供了可能。

涡旋光束是一种携带有轨道角动量的特殊光束,近年来在光信息传输与加密、天文学探测、微观粒子操纵和生物医学等领域具有广泛的应用价值。传统的涡旋光束产生方法存在一定的局限性,如只能生成特定波长、元器件尺寸偏大和集成化程度较低,而基于超表面微纳技术的发展为涡旋光束的产生和操控提供一种全新的可能性。鉴于此,提出一种基于勾型超表面阵列的涡旋光束产生方法,该超表面结构能够有效地减小涡旋光束生成器件的尺寸,可以实现器件的集成化,且该超表面结构不依赖于特定入射光的圆偏振特性、波长和偏振方向,从而能够实现高拓扑荷数涡旋光束的生成。

实验验证了一种利用幂指数相位涡旋光束（PEPV）操控微粒的方法。该方法基于幂指数相位涡旋光束理论，产生不同拓扑荷数与方位角幂指数大于1的涡旋光场的相位全息图，并将该全息片经计算机输入到空间光调制器(SLM)上用于调制入射激光光束。利用透镜对被调制光束进行傅里叶变换，利用光阑在频域对衍射光斑进行筛选和过滤，并利用倒置高倍光学显微镜将光束成像于载物台样品上。利用该幂指数相位涡旋光束对微米级粒子实现了定向光学输运。研究结果表明，该光束在粒子的定向输送与收集方面有独特的功能，将进一步拓展光学涡旋光束的实际应用范围。

理论上阐述了螺旋相位板产生涡旋光束的机理，推导了涡旋光束与平面波以及球面波的干涉强度表达式，并用以研究了涡旋光束的干涉现象，从数值上得到了拓扑荷数与干涉图样的对应关系。同时在实验上利用螺旋相位板获得了涡旋光束，并得到其干涉图样，实验结果与理论结果保持一致。研究结果表明，携带不同拓扑荷的涡旋光束对应着唯一的干涉图样，因此可以通过干涉图样直观地判断出涡旋光束的拓扑荷数。

涡旋光束的产生、传输与应用是当前光学领域热门的研究课题之一. 本文提出的新型多环涡旋光束, 包括双环涡旋及三环涡旋光束, 它是由多束携带不同拓扑电荷数且束腰半径不同的拉盖尔-高斯涡旋光束共轴叠加而成, 其光强分布为多环结构. 从理论上研究了多环涡旋光束的形成与分布特征, 基于共轭对称延拓Fourier计算全息方法生成了多环涡旋光束的计算全息图, 并利用一个空间光调制器实验产生了与理论一致的高质量的多环涡旋光束. 研究表明多环涡旋光束的各环携带不同的轨道角动量, 空间分布保持相互独立.这种新型的多环涡旋光束

涡旋光束干涉图样计算程序，采用matlab编写的涡旋光束干涉图样计算程序。

涡旋光束在湍流大气中传输时，其振幅和相位会发生随机起伏，导致在接收平面处的光强起伏及光束扩展等。以低阶拉盖尔-高斯涡旋光束为例，利用激光大气传输四维程序数值模拟了不同条件下的涡旋光束在湍流大气中传输时引起的光束扩展。由模拟结果可知，传输距离越长或湍流越强，涡旋光束在大气中传输时的束宽扩展受湍流的影响越大；涡旋光束的拓扑荷数越高、光束的束腰越小或光波的波长越长，其束宽扩展受大气湍流的影响越小。湍流的内尺度和外尺度也会影响涡旋光束的光束扩展，但影响程度相对较小。另外，通过计算仿真还比较了涡旋光束和普通高斯光束在湍流大气中传输时引起的光束扩展的差异。

理论上提出并实验制备了一种环形阵列艾里涡旋光束(CAAVB), 该CAAVB由按环形阵列分布的多个艾里光形成, 并具有自聚焦特性。通过增加艾里光阵列数, 能够有效提高自聚焦光束的光场强度。仿真结果表明, 在相同的条件下, 加载光学涡旋能明显提高CAAVB的自聚焦特性。此外, 通过调节环形艾里光阵列的半径来改变光束聚焦的位置, 实现对焦距的非机械调节。

涡旋光束在光束的传播方向上有一个位相项e，而且它拥有一个光束轨道角动量，该matlab程序实现了从一个高斯基模变换到涡旋光束的基本功能。

提出一种利用干涉实现涡旋光束轨道角动量简易检测的新方法。使用空间光调制器产生涡旋光束时,仅由调制的涡旋光束和未能完全调制的入射高斯光束即可直接发生同轴干涉,产生完美的花瓣状干涉图案,且干涉花瓣数量与涡旋光束携带的轨道角动量值一致,因此,检测由空间光调制器产生的涡旋光束轨道角动量时不需要额外使用参考干涉光。利用该干涉分析了Bessel-Gaussian光束和Laguerre-Gaussian光束的干涉图案,所得结果不仅能反映光束的轨道角动量值——角向因子,还能反映轨道角动量的正负以及Laguerre-Gaussian光束的径向因子,且干涉模式清晰,稳定性高。