在激光模式的研究中,拉盖尔高斯模式作为一种柱对称的高阶横模得到了广泛关注和研究。特别是其独有的螺旋式空间相位分布,即光学轨道角动量（OAM）,使其在众多高阶模式中脱颖而出。大量研究工作表明,高阶拉盖尔模式光束可以应用于光镊技术、空间通信、超分辨成像等领域。拉盖尔高斯模式大致可以分为两类:一类为无螺旋拉盖尔高斯光束,另一类为具有轨道角动量的涡旋光束。近年来,在固体激光器中更快捷、高效、稳定地获得高功率拉盖尔激光光束越来越受到科学与技术人员的青睐。随着光学轨道角动量在空间通信、光学操控等方面的迅速发展,涡旋光束轨道角动量的测量也成为了一个研究热点。但现有的测量轨道角动量的方法较少,且实验装置大都比较复杂,而简便测量方法的适用性较差,准确度较低,尤其是对于较高阶数的轨道角动量更是难以测量。因此,如何获得简便、精准的测量轨道角动量的方法成为了轨道角动量研究的重中之重。在光学角动量中,除轨道角动量外,还包括自旋角动量（SAM）。不同于轨道角动量光束的空间相位分布,自旋角动量是每个光子的独立属性,不依赖于其他光子。这就意味着,如果将其应用于定量相位成像技术中,每个光子可以独立携带信息,从而大大提高了成像系统的分辨率。因此,本文对拉盖尔高斯模式固体激光器、光学轨道角动量的测量以及基于自旋角动量的相位成像技术进行了科学研究。主要学术研究工作如下:1.无螺旋拉盖尔高斯固体激光器基于蓝光半导体激光器泵浦Pr:YLF晶体的平凹谐振腔结构,将厚度为1 mm的Nd:YVO4晶体插入激光腔内,通过引入热透镜效应来对腔内光束的相位进行调制,从而实现了红光波段的无螺旋拉盖尔高斯模式激光输出。该拉盖尔高斯模式激光器的中心波长为639.5 nm,最大输出功率可达150 mW,斜率效率为7.0%。此外,还对无螺旋拉盖尔高斯光束经过圆形障碍物的自修复特性进行了实验验证。因此,利用晶体热效应获得无螺旋拉盖尔高斯固体激光器的方法有望应用于激光加工、光镊技术等领域。2.涡旋-厄米高斯固体激光器利用半导体激光器泵浦Pr:YLF晶体的固体激光器,通过倾斜输出镜的偏转角,来控制腔内各个模式的损耗,实现了高纯度的红光涡旋光束的输出。涡旋激光输出的最大输出功率可达320 mW,对应的斜率效率为9.4%。通过调节输出镜偏转角,可以灵活改变涡旋光束的螺旋手性。此外,通过引入输出镜的离轴偏移量,还可以获得涡旋-厄米高斯光束输出。并且,从理论和实验两方面对涡旋光束及涡旋-厄米高斯光束与球面波的干涉进行了研究,理论模拟和实验结果都很好地验证了输出光束的轨道角动量特性。3.光学轨道角动量的测量基于相干光学的理论分析,提出了利用改进的斐索干涉法测量轨道角动量的方案,并在实验中得到了很好的验证。该方法利用合适反射率的平凹镜,既可以实现准确测量涡旋光束的轨道角动量,又可以对椭圆涡旋光束中的离轴轨道角动量进行大小、手性及位置的测量。在实验中,还实现了轨道角动量最大为50阶涡旋光束的干涉测量。另外,为了优化光程差的问题,我们又提出了基于相位型空间光调制器的共路测量方法。由于所提出的两种方法都是基于同一个光学元件反射后进行干涉,因此,这两种方法均具有结构简单、测量稳定的优点,在基于光学轨道角动量的大气通信等领域有较好的应用前景。4.基于自旋角动量的定量相位成像技术基于自旋角动量的偏振理论,提出了将目标物体的相位和振幅信息编码到叠加场的偏振态中,从而实现高分辨率的定量相位成像。实验中,设计了基于马赫-曾德尔干涉仪的定量相位成像装置,其相位测量的精度可以达到λ/125。并且对不同类型的细胞进行了定量相位成像,结果表明通过定量相位成像技术,可以很好地观测到细胞的内部结构,对生物细胞及组织研究有重要应用价值。此外,利用共路干涉定量相位成像装置,对纳米级的聚苯乙烯微球进行了定量相位成像。通过实验结果与亚波长粒子的相位理论进行对比,验证了该系统的可靠性及灵敏度。利用相位信息的微小变化（～0.1 rad）,可以准确地区分亚波长微球的大小。