自1979年艾里光束首次被提出至今,由于其具有自修复、自弯曲、无衍射三大光学奇异特性,引起了众多研究学者的高度关注。该光束在超分辨成像、微粒操纵、光子弹以及生物医疗等领域具有广泛的应用前景。涡旋光束具有螺旋形的相位波前,涡旋中心是一个暗核,该位置的光强为零。涡旋光束携带轨道角动量,基于这一特性,涡旋光束可应用于光通信、微粒旋转、信息编码等领域。艾里光束与涡旋光束都有其奇异的光学性质,本文提出一种具有自聚焦特性并且携带轨道角动量的环形阵列艾里涡旋光束。在激光医疗上,传统的光镊技术将普通的高斯光束进行高度聚焦,具有非接触、无机械损伤等优点。但是高斯光束在聚焦过程中会对正常细胞产生热损伤,因此到达病变细胞前,需要保持低能量传播。而由环形阵列艾里涡旋光束形成的自聚焦光束在聚焦前维持在一个比较低的光强值,到达聚焦的位置后,其光强迅速增大。基于这种性质,该光束在激光医学治疗、激光烧灼等领域具有重要的意义。本文的主要研究工作如下:首先,分别研究艾里光束和涡旋光束理论,并研究各自的光学奇异特性。然后,将多个二维艾里光束进行环形分布排列,形成环形艾里光束阵列,由于组成该阵列的每个艾里光束均具有自弯曲特性,因此环形艾里光束阵列在传播的过程中会逐渐聚焦,形成一个自聚焦光束。同时,通过改变二维艾里光束的位置、光束两翼的夹角,可以得到不同形状的艾里光束阵列。紧接着,往环形艾里光束阵列中引入光学涡旋,从而得到环形阵列艾里涡旋光束。分别研究轴上型涡旋、离轴型单涡旋、涡旋阵列型这三种环形阵列艾里涡旋光束的传播特性。发现:当光学涡旋位于光束中心时,在传播的过程中,光学涡旋的位置不会发生改变,到达聚焦位置时,环形阵列艾里涡旋光束形成一个高能量涡旋光场;当该光束为离轴型单涡旋时,随着光束的传播,光学涡旋也会随之移动,最后光学涡旋会位于光束中心附近;当该光束为涡旋阵列型时,分为两种情况:如果光学涡旋的拓扑荷数为同号时,在聚焦位置处,两个光学涡旋会形成一个空心的光场;如果光学涡旋的拓扑荷数互为相反数时,光学涡旋会随着光束的传播,在聚焦位置处发生融合,从而形成一个高能量、高度聚焦的实心焦点。同时,深入研究了该光束在不同阵列数、不同拓扑荷数、拓扑荷数互为相反数、加载涡旋阵列的情况下的自聚焦性能。随着二维艾里光束阵列数的增加,光场强度也随之增强,但并不能提高光束的自聚焦能力,不同的拓扑荷数对光束的聚焦性能有不同的影响,在相同的参数下,当光学涡旋的拓扑荷数互为相反数时,能大幅度提高环形阵列艾里涡旋光束的聚焦性能。最后,为了灵活调控环形阵列艾里涡旋光束自聚焦的位置,分别从环形阵列的半径、横向尺度因子、光束的波长三个方面进行讨论研究。环形阵列艾里涡旋光束的半径越大、横向尺度因子越大,其可控的焦距就越长;光束的波长越长,其焦距就越短。