摘要：光学涡旋即涡旋光束，是一种波前成螺旋状且有螺旋相位因子的特殊光场。在涡旋光束中，光子不仅带有因自旋产生的自旋角动量，还有由于绕传播方向旋转产生的轨道角动量。这对自由空间光通信有着重要的意义，因为理论而言，每个光子都有无穷多的本征态可携带无穷多个信息元，而对于拓扑荷数不同的涡旋光束的轨道角动量的本征值lћ也不同，这让信息传输过程中具有更高的安全性和高密度性。近些年来，许多研究学者为产生涡旋光束设计出了许多不同方法。正因这些方法的提出，涡旋光束在光空间通信、光子计算、光镊技术、生物医学、信息编码等领域有了广泛的应用。

然而因信息产业的高速发展，未来大容量、高速率的通信要求已然不是目前传统的调制技术就可以满足。因此，为达到高传输速率和较高的频谱利用率的要求，研究学者提出一种全新的调制技术：利用涡旋光束的轨道角动量复用的方法进行调制，在信息传输信息的过程中，可用相互正交的轨道角动量作为一个独立信道。与传统的高斯光通信不同，涡旋光束在大气中传播相对稳定。

本文在干涉理论的基础上，利用MATLAB仿真软件对平面波和涡旋光束进行干涉仿真，得出仿真图样。利用菲涅尔-基尔霍夫衍射积分公式，计算出高斯光束通过平面波和涡旋光束干涉图样所产生的叉形光栅的衍射场，并用MATLAB仿真出这一过程。在涡旋光束的检测中，利用仿真图，给出了检测分数阶轨道角动量和涡旋光束入射角度的可行性方法。

关键词：涡旋光束；轨道角动量；干涉

目 录

摘 要

ABSTRACT

第一章-绪论-1

1.1-课题研究历史及研究现状-1

1.2-课题研究背景及意义-2

1.3-论文研究内容及结构安排-3

第二章-涡旋光束的相关理论-4

2.1-涡旋光束的相位及其数学描述-4

2.2-涡旋光束的产生原理-5

2.3-惠更斯-菲涅尔原理-7

2.4-涡旋光束的角动量-8

2.5-几种常见的涡旋光束-8

2.5.1-LG涡旋光束-8

2.5.2-BG涡旋光束-10

2.5.3-AG涡旋光束-11

2.6-本章小结-12

第三章-涡旋光束的产生方法-13

3.1-几何模式转换法-13

3.2-螺旋相位板法-14

3.3-计算机全息法-15

3.4-空间光调制器法-16

3.5-本章小结-17

第四章-涡旋光束轨道角动量的检测-18

4.1-平面波与涡旋光束干涉法-18

4.2-球面波与涡旋光束干涉法-19

4.3-涡旋光经过杨氏双缝干涉法-21

4.4-涡旋光束和与其共轭的光束干涉法-23

4.5-本章小结-23

第五章-总结与展望-24

5.1-总结-24

5.2-展望-25

参考文献-27

致  谢-29