光轨道角动量(OAM,Orbital Angular Momentum)自 1992 年被 Allen 证实存在以来,就受到学者们的广泛关注。携带有OAM的涡旋光具有许多优异的特性,在光学操纵、生物医学、量子编码、天文测量、光学成像、光纤通信等领域具有十分广阔的应用前景。如何利用光纤光栅器件产生携带OAM的涡旋光是许多研究者正在研究的重要课题。本论文对基于偏心椭圆芯旋光纤光栅的多重OAM模式产生与检测进行了深入研究,主要研究工作包括以下三个方面:1.偏心椭圆芯旋光纤光栅的耦合模分析模型的建立。通过构建具有多重旋转对称性的旋光纤光栅相对于参考光纤的折射率扰动表达式,获得耦合模方程中耦合系数的表达式,进而确定有效耦合的相位与角向匹配条件;探索多重旋转对称性引起的多重螺旋效应,并将偏心椭圆芯旋光纤光栅中偏心与椭圆芯扰动分别表达为1阶和2阶螺旋效应。作为讨论模式耦合的基础,采用数值法和解析法对模式进行求解,依据光纤模式光强图确定了 HE/EH模式的区分判据,并在程序上实现模式的直接判别。2.对多重OAM模式的产生与检测进行理论研究。基于模式耦合的匹配条件,分析偏心椭圆芯旋光纤光栅中多重OAM模式的产生机制,并基于偏心和椭圆芯引起的1阶和2阶螺旋效应,进行理论模拟与参数设计。接着,研究纯OAM模式和叠加的OAM模式与参考光束的干涉情况,探究平面波光束倾斜程度、球面波光束发散程度、工作波长、OAM模式纯度等因素对干涉图的影响;分析模拟结果,为实验提供理论依据。3.对多重OAM模式的产生和检测进行实验研究。搭建多重OAM模式产生和检测实验系统,针对实验需求,明确实验方案,明确所需器件的型号和使用方法。利用一定设计参数(包括光栅长度)下的偏心椭圆芯旋光纤光栅产生OAM模式。选用干涉法检测,在不同波长上观察与采集OAM干涉图样,并结合光栅透射光谱分析,在实验上实现了多重OAM模式的产生和检测。总结实验结果,分析实验与理论差距的原因。