光学涡旋具有特殊相位分布、螺旋型的波前并携带轨道角动量,使其在光学微操纵、光通信等众多领域得到广泛运用。涡旋阵列光场是指多个涡旋光束按不同排列方式形成的特定涡旋结构,阵列光场可以提供各种功能的光阱,涡旋阵列光场具有多个相位奇点,不仅能增强信息传输容量,还能在光镊中增加微粒捕获和观察的数量。涡旋光束应用于光镊不仅可以提高对微粒的俘获效率,而且所携带的轨道角动量可以传递给吸收性的微粒并驱动微粒旋转,广泛应用于生物医学、材料科学以及原子物理等领域。啁啾光栅是指光栅周期不均匀的光栅,啁啾布拉格光栅有着高效频谱响应和很强的色散能力,在超短脉冲压缩与展宽等领域有着广阔的应用前景。本论文主要的研究内容如下:1.由多个单涡旋光束按不同排列方式生成多种涡旋阵列光场,呈线性排列分布、矩形排列、径向排列分布。这种涡旋阵列光场的排列方式,阵列单元的数目,相邻涡旋光束之间的距离、夹角,还有每个涡旋的坐标位置和拓扑荷数都根据实验的需求灵活设计,并通过实验获得涡旋阵列光场,实验装置简单容易操作。2.利用对称分布同一个圆上的六束平面波,初始相位构成完整涡旋相位,整体涡旋相位取不同拓扑荷时,六束平面相干涉生成多种形式的二维周期阵列光场。二维阵列光场与圆心处沿z轴平面波相干涉,产生各种三维阵列光场。拓扑荷为0时生成六边型三维阵列光场,拓扑荷为1时生成涡旋型三维阵列光场,拓扑荷数为2时生成Kagome型三维阵列光场,拓扑荷数为3时生成蜂窝型三维涡旋阵列光场。其中六边型和蜂窝型三维阵列光场具有高强度光包围空心光束,涡旋型三维光场是一种密集型涡旋阵列光场,均可用于多光阱操控技术。3.分别用涡旋波片和全息技术产生涡旋光束,并实验用于光镊,通过高倍物镜聚焦实现对二氧化硅微粒在环形光阱捕获,光子将携带的轨道角动量传递给微粒,驱动微粒绕环形轨道旋转。4.激光经柱面透镜聚焦成的长条光束入射到LiNbO₃:Fe晶体上,观察o光和e光的条状光束入射到晶体上时的散射光,研究了散射光随光条与光轴夹角的变化规律。在晶体中生成的周期不均匀啁啾光栅,该啁啾布拉格光栅是左右轴对称的啁啾光栅,并布满整个晶体。