涡旋光是一种特殊结构光场,具有相位或偏振奇点的扭曲光束,其相位为螺线形。这样的光束轮廓可以像开瓶器一样绕行进轴扭曲,并且其中心强度为零。根据涡旋光自身所携带的轨道角动量和涡旋相位,可以将其应用于很多领域:利用涡旋光的轨道角动量,能够传递给微粒,从而对微粒进行操作,比如俘获、平移微粒等;利用不同轨道角动量不会互相串扰,可将涡旋光用于光通信,提高光通信的系统容量;利用其角向相位旋转特性,在成像中可被应用于螺旋相位滤波器,从而提高成像的边缘轮廓分辨率。本硕士学位论文着眼于涡旋光的调控以及成像技术,主要做了以下两个方面的研究:1.首次提出了一种二进制编码兼容的光场调控系统,该系统可用于产生可调阶数的涡旋光和矢量光。系统阶数由二进制电信号控制分为位单元和符号单元,位单元由液晶波片及阶数不同的液晶涡旋波片组合而成,符号单元由两个液晶波片,并以三明治结构排列若干位单元,若干位单元的阶数满足二进制编码（1、2、4、8……）,通过控制N个位单元和符号单元的电压,可控阶数为-2N+1～2N-1。该系统可以作为涡旋光、矢量光模分复用通讯中的调制、解调设备。2.首次从实验上获得了基于涡旋光泵浦的非共线光学参量放大的生物组织的涡旋相衬显微成像。该装置包括4f光学成像系统与在傅立叶平面上放置的光学参量放大器,通过使用2 GW/cm2的强度涡旋泵浦光的光参量放大器后,经过波长转换的闲频光图像中会出现明显的边缘增强效应,这使我们的设置能清晰地捕获相位目标的结构:细到几微米的青蛙卵细胞、植物草本组织和洋葱表皮,如果用更高放大倍数的显微成像分辨率可以进一步改善。这里光参量放大增益约为6.0,并随泵浦光强度的增加而增加,如果用飞秒激光泵浦,则泵浦强度可达每平方厘米数百吉瓦。高增益使得可以使用弱照明信号光进行光学成像,这通常是非破坏性成像的首选。同时,高增益还带来了较大的光参量放大带宽,这有助于获得高空间分辨的光参量放大成像。此外,非共线装置的设计将闲频光在空间上与照明信号光和强泵浦光分开,从而有效避免了两者的背景噪声。从上面的描述可以得出结论,我们的装置将SPF与高增益、高空间分辨率以及非线性频率转换结合在一起,因此它可以用于微米级别空间分辨率的波长转换显微光学成像。我们的实验结果表明,该工作为无损生物组织成像提供了强大的工具。