具有軌道角動量的渦旋光束的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生與研究渦旋光束是一種具有相位結(jié)構(gòu)exp（7）il?（8）的特殊光場,其中?為方位角,l為拓?fù)浜蓴?shù),該光束波前為螺旋形,且在光束傳播方向上的軸向中心光強(qiáng)為零,它是現(xiàn)代奇點(diǎn)光學(xué)的一個(gè)重要研究分支。渦旋光束的光束結(jié)構(gòu)具有一系列特殊的物理性質(zhì),如強(qiáng)度呈環(huán)形分布、具有很小的中心暗斑尺寸、無加熱效應(yīng)、無衍射效應(yīng)等,其中最重要的一個(gè)特性是在光束向前傳播的過程中,圍繞光軸的每個(gè)光子攜帶與螺旋相位結(jié)構(gòu)相關(guān)的光子軌道角動量（OAM）量子數(shù)l,因此該光束在激光光學(xué)、光攝技術(shù)、光通信、光學(xué)成像技術(shù)、信息傳遞與加密、原子分子光學(xué)和冷原子系統(tǒng)中均具有廣泛的應(yīng)用。本文對具有OAM的渦旋光束的產(chǎn)生、檢測與聚焦進(jìn)行了相關(guān)的理論與實(shí)驗(yàn)研究,主要研究內(nèi)容如下:（1）渦旋光束OAM的一種新型干涉檢測方法:雖然渦旋光束具有螺旋相位結(jié)構(gòu),但是在強(qiáng)度分布上我們只能觀察到其圓環(huán)形結(jié)構(gòu),并不能直接判斷渦旋光束的OAM,因此渦旋光束的OAM檢測成為了一項(xiàng)重要的必備技術(shù)。本文提出了一種在實(shí)驗(yàn)上利用光束干涉實(shí)現(xiàn)渦旋光束OAM簡易檢測的新方法。其基本原理是基于反射式相位型空間光調(diào)制器（SLM）的不完全調(diào)制,實(shí)驗(yàn)上在使用SLM產(chǎn)生渦旋光束時(shí),僅僅由調(diào)制的渦旋光束和未能完全調(diào)制的入射高斯光束即可直接發(fā)生同軸干涉,產(chǎn)生完美的花瓣?duì)顚ΨQ干涉圖案,且此干涉花瓣的數(shù)量與調(diào)制的渦旋光束攜帶的OAM值一致,所以在檢測由空間光調(diào)制器產(chǎn)生的渦旋光束的OAM時(shí)并不需要另外使用一束參考干涉光。我們實(shí)驗(yàn)上分析了具有整數(shù)OAM的Bessel-Gaussian光束和高階多環(huán)Laguerre-Gaussian光束的干涉圖案,以及具有分?jǐn)?shù)OAM的渦旋光束的干涉圖案。此干涉圖案結(jié)構(gòu)不僅能反映渦旋光束的OAM的大小和符號,還能反映Laguerre-Gaussian光束的徑向因子,以及分?jǐn)?shù)OAM光束的干涉光場模式和螺旋相位結(jié)構(gòu)的演變。此方案光路簡單,干涉模式清晰穩(wěn)定,對稱性高。（2）聚焦渦旋光束的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生與研究:本文提出了一種通過在SLM上加載由螺旋相位和透鏡相位組成的混合相位全息圖來產(chǎn)生聚焦渦旋光束（FVB）的新方案。我們研究了FVB在自由傳輸空間的強(qiáng)度分布,以及入射高斯光束的束腰w₀（或透鏡的焦距f）與FVB在焦平面處的暗斑尺寸（DSS）之間的關(guān)系。然后基于上述的干涉法測量了FVB的OAM,我們研究了干涉圖案的特征,包括強(qiáng)度分布,相位結(jié)構(gòu)和相位板結(jié)構(gòu)。此外,我們還分析了FVB的DSS在不同傳輸距離處與OAM量子數(shù)之間的關(guān)系。這種聚焦的渦旋激光束可用于引導(dǎo)和聚焦分子束以及形成分子透鏡。在上述研究基礎(chǔ)上,本文還提出了一種通過將兩束聚焦渦旋光束垂直相交,使它們在彼此的焦平面處匯聚,來構(gòu)建交叉聚焦渦旋光束的方案。實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的這種交叉聚焦空心渦旋光束不僅具有非常小的約束體積,還具有OAM,而且約束體積可以通過改變OAM量子數(shù)來調(diào)節(jié)。這種強(qiáng)聚焦的光學(xué)勢阱可用于冷原子（分子）的偶極囚禁,甚至在進(jìn)一步的光學(xué)勢蒸發(fā)冷卻或者進(jìn)一步縮小