摘要：涡旋光束（OV）是一种具有螺旋波前结构的光束，中心光强度为零。由于光束的每个光子都携带轨道角动量（OAM），OV已经成为过去几十年研究的重点，在通信领域应用广泛。如何通过实验获取高质量的涡旋光束已成为现阶段国内外研究重点。论文的内容如下：

本文对OV的研究背景及现状进行了简单介绍，对几种产生OV的方法做了分析，给出了OV的轨道角动量特性的特点。对完美涡旋（Perfect optical vortex beam，POV）光束的产生及其自由空间光通信做了具体的分析。

对POV光束经矩形光阑衍射进行理论分析。改变光阑的参数和入射光束的拓扑荷数，分析了光束进过不同矩形光阑的传输特性。

最后，本文提出了优化POV波束环宽的方法，在焦平面生成最优的高阶POV阵列，对产生最优POV光束进行了研究。

关键词：轨道角动量；完美涡旋光束；矩形光阑衍射 

目 录

摘 要

ABSTRACT

第一章  绪  论-1

1.1 本课题研究的背景及意义-1

1.2 OV及POV光束国内外研究现状-2

1.3 本文主要工作-3

第二章  OV轨道角动量及其自由空间光通信-4

2.1 轨道角动量光束基本基础-4

2.2 OV及其轨道角动量-5

2.2.1 POV光束-7

2.2.2 LG涡旋光束-7

2.2.3 BG涡旋光束-8

2.3 常见OV的产生方式-9

2.3.1 螺旋相位板法-9

2.3.2 全息光栅法-10

2.3.3 几何模式转换法-10

2.4 本章小结-11

第三章  POV的产生及其自由空间传输-12

3.1 基本原理-12

3.2 POV复用的空间传播-13

3.2.1 POV的概念及产生方式-13

3.2.2 POV的空间传输-15

3.2.3 POV的空间解调-16

3.3 本章小结-17

第四章  POV在矩形光阑衍射传输特性-18

4.1 理论分析-18

4.1.1 POV光束矩形孔光阑衍射特性理论分析-18

4.1.2 POV光束经正方形光阑衍射-18

4.2 数值模拟及讨论-19

4.2.1 POV矩形光阑衍射特性-19

4.2.2 POV光束矩形环光阑衍射-22

4.3 本章小结-23

第五章  生成最优POV的理论-24

5.1 基本原理-24

5.2 最优方式-24

5.3 结果分析-26

5.4 本章小结-28

总结与展望-30

参考文献-31

致  谢-34