● 摘要
光学涡旋（Optical Vortices）是一种具有螺旋型相位波前结构和确定的光子轨道角动量的特殊光场，近些年来越来越受到科学界、教育界的广泛关注。目前光学涡旋已经发展成为现代光学的一个炙手可热的研究领域，并在粒子操纵、原子光学、生物医学、光学摇杆、非线性光学、光学信息传输等领域得到了重要而广泛的应用。本硕士论文重点对光学涡旋的起源和发展历史、理论基础、产生方法、检测方法做了详细的研究，在此基础上提出创新型的圆孔检测法，并在天文物理和空间物理中的前沿应用做了详细介绍，提出日冕仪应用螺旋光束的大胆设想，最后对涡旋光束的发展进行了展望。主要研究内容和结果如下：1. 系统介绍并总结了螺旋光束的发展起源和历史，概述了当前各个领域涡旋光束的应用。2. 系统论述了螺旋光束的轨道角动量理论及其相关特性，位错和相位全息图、螺旋谱特性。介绍了光学涡旋中典型的LG光束及其强度和相位图。从原理和图形上分析涡旋光束的重要特性。介绍了涡旋光束的螺旋谱特性，为深入了解光学涡旋奠定了基础。3. 系统详细的介绍了当前主流螺旋光束的产生方法、检测接收方法，其中包括计算全息法、螺旋相位板法、模式转换法、马赫曾德干涉仪法等。4. 独创性的提出了一种新型检测方法——圆孔探测法，可以同时检测螺旋光束的角向指数和径向指数。5. 对螺旋光束及其轨道角动量在空间物理和天文物理中的应用加以研究，最后提出了论文的创新点，在日冕仪中应用螺旋光束及其轨道角动量理论特性，加以改进，以便更好地观测周围小行星的运动情况。当然目前这只是一个大胆的假设，需要进一步的理论认证和实验，这也是未来主要的研究方向之一。6. 对螺旋光束在超级材料、光纤领域中的应用做一些展望，介绍了当前应用广泛的空间光调制器及其种类和功能。