涡旋光束是指一类携带轨道角动量,并且具有螺旋形相位波前结构的光束。涡旋光束中心是个暗斑,这里的相位是变化的,不确定的值。因此这些独特的性质使得涡旋光束已经被广泛地应用于很多领域,例如粒子操纵、微纳加工、光通信等领域。近年来,科研工作者发现了产生涡旋光束的多种方法,主要包括:计算全息法、几何模式转换法、螺旋相位板法和液晶空间光调制法等。随着科研工作者对涡旋光束不断研究,一些具有奇特性质的新型涡旋光束被接连不断的提出。本文主要针对分形结构螺旋波带片的衍射特性进行了详细的研究,全文的主要内容概括为以下三点:1.首先介绍了涡旋光束、高级衍射现象以及大焦深衍射光学元件的研究背景和意义,简单介绍了目前常用的产生涡旋光束的几种方式,紧接着描述了涡旋光束的相关应用。然后详细介绍了涡旋光束的基本原理、标量衍射理论以及菲涅尔波带片的聚焦特性。随后,我们又介绍了螺旋波带片、单焦点螺旋波带片以及分形螺旋波带片的设计原理和衍射特性。2.Cantor序列螺旋波带片,在分形螺旋波带片的基础上,通过沿着方位角方向使用两个调制参数来修改正弦窗函数消除高次谐波。本文详细介绍了Cantor序列螺旋波带片。从原理的设计、衍射性质最后到实验验证的过程。证明了Cantor序列螺旋波带片的可行性。这类波带片为三维光学操纵、光通信以及光刻等应用的实现提供了潜在的可能。3.m-bonacci螺旋波带片,在螺旋波带片的基础上结合m-bonacci分形结构用于沿着光轴产生两个强度相等的聚焦光学涡旋。首先介绍了m-bonacci螺旋波带片的理论设计,并在仿真模拟和实验验证中进行分析,仿真结果和实验结果表明了m-bonacci螺旋波带片可以产生等拓扑荷等强度的两个聚焦涡旋。