涡旋光束自发现以来,其众多特性就引起研究者广泛关注研究。涡旋光束是指一类具有螺旋相位波前的特殊光束,其相位分布函数中常含有与旋转方位角θ成正比的螺旋相位因子:exp(ilθ)。光束在传播时,形成暗中空的涡旋光斑,光斑中心相位不确定,因此涡旋光束具有相位奇点。1992年,Allen等人证明在近轴传播的条件下,具有相位因子exp(ilθ)的光束(即光学涡旋)具有l?的轨道角动量。涡旋光束的深入研究将极大地促进我国在光学微操纵、光学信息传输、非线性光学、激光光学、微粒波导、生物医学、原子光学和分子光学等领域的科学与应用研究的发展。本论文首先对光学涡旋作了简单介绍,并对涡旋光束的常用产生方法作了分析介绍,重点对新型反常涡旋光束在自由空间的环形光阑和随机的湍流大气中的传输特性进行了研究。论文主要内容如下:1.对光学涡旋的国内外发展动态和研究现状进行了归纳总结,并总结分析了光学涡旋的应用。2.对近轴近似情况下的光学涡旋的轨道角动量理论进行了介绍。并对产生光学涡旋的典型方法作了归纳介绍,主要有几何模式转换法、螺旋相位板法、全息图法、液晶空间光调制器法等。3.研究了新型反常涡旋光束在自由空间的环形光阑中的传输特性。首先对激光光束传输的基础理论与研究方法作理论概述,主要对柯林斯积分的演变形成与矩阵研究方法进行理论描述。然后,对反常涡旋光束的基本特性作了研究,数值模拟了光束的强度分布和相位分布,并分析了规律。最后,主要研究反常涡旋光束在自由空间中,通过环形光阑限制的傍轴近似ABCD光学系统的传输特性。通过改变光束参数与光阑半径,分析涡旋光束的光斑特性与光强分布规律。4.研究了新型反常涡旋光束在随机的湍流大气中的传输特性。首先对大气湍流概况作了描述。然后,对大气湍流的大气折射率结构常数各种模型进行了分析,总结归纳出了表征大气湍流的大气折射率结构常数变化规律,并描述了大气湍流的功率谱的各种模型,分析大气湍流的闪烁指数。最后,对反常涡旋光束在大气湍流传输的理论模型进行数值推导,研究光束的传输特性,通过改变大气湍流的参数,数值模拟光强分布,分析光束的强度分布规律。