涡旋光束是指一类在传输过程中波前结构呈螺旋形的新型光束,自涡旋光束被提出以来引起了广大研究者的关注。与传统的光束不同,涡旋光束的中心为暗斑,具有相位奇点并且具有轨道角动量。涡旋光束的电场表达式中带有相位因子:exp(ilθ),其中l是涡旋光束的拓扑荷数。1992年Allen等人研究发现在近轴条件下具有相位因子exp(ilθ)的涡旋光束携带有l的轨道角动量。由于具有诸多独特的特性,涡旋光束在光子通信、信息编码、光学微操纵等领域具有重要的研究意义和应用价值。本文主要针对涡旋光束拓扑荷测量方法以及利用涡旋光束捕获金属纳米粒子做了相关研究。论文的主要内容如下:1.介绍了有关涡旋光束研究的国内外现状和本论文的研究内容及意义,并进一步介绍了涡旋光束的传输理论基础和常用方法以及研究光镊计算光阱力的几种理论模型。介绍了光镊的原理和稳定捕获粒子的条件,并分析了反常涡旋光束的聚焦光强特性及其传输特性。2.提出了一种基于多面锥形镜来测量涡旋光束的拓扑荷的方法。涡旋光束带有相位因子:exp(ilθ),拓扑荷数l是表征涡旋光束特性的一个重要的参数,可以通过拓扑荷数进行信息编码、光通信等,因此测量拓扑荷数具有重要的意义。本文首先研究了拉盖尔高斯涡旋光束经过多面轴对称锥形镜的干涉特性,进一步对这种方法做了理论推导和数值仿真,最后设计实验验证,证明可以利用多面的轴对称锥形镜干涉法来有效测量涡旋光束的拓扑荷。3.研究了反常涡旋光束这一新型的涡旋光束对金属纳米粒子捕获特性。涡旋光束的一个重要的应用就是光学微操纵,计算推导了反常涡旋光束对金属纳米粒子的梯度力和散射力的公式,并分析讨论了不同的光束参量对辐射力的影响。结果表明选择具有合适的拓扑荷数及阶数的反常涡旋光束可以稳定捕获金属纳米粒子,最后并分析了稳定捕获金属纳米粒子的条件。