上世纪九十年代以来,具有确定的角动量和螺旋波前的各类光学涡旋越来越受到人们的关注。各种方法相继被用来产生光学涡旋,如几何光学法、模式转换法、光学全息法、计算全息法、横模选择法、空心光纤法、非线性光学法及螺旋相位法等。另一方面,光学涡旋广泛被用于光学微操纵、原子光学、量子信息、非线性光学等众多领域。本文重点对光学涡旋的产生方法——特别是螺旋相位法,光束特性及其实际应用中的有关问题进行了理论研究。　　 全文共分六章:　　 第一章:简单介绍了光学涡旋的发展历史及其主要应用。　　 第二章:论述了光学涡旋的基本理论。从数学上明确给出了光学涡旋的定义,理论推导了在近轴情况下光学涡旋的轨道角动量及其产生光学涡旋的常用方法。　　 第三章:提出了一种新的光学变换——分数径向希尔伯特变换用于产生光学涡旋。利用它的边缘增强性质,将一高斯光束变换成为一系列的光学涡旋。基于硬边光阑可以近似展开成为有限个数复高斯函数的叠加,给出了高斯光束通过希尔伯特变换系统的解析表达式。　　 第四章:分析了消色差阶梯型螺旋相位板产生光学涡旋的输出特性。分数级阶梯型螺旋相位板的有效拓扑荷被展开成傅立叶级数,并得到了每个拓扑荷分量的相对强度的表达式。分析显示拓扑荷的分数部分的存在大大降低了光学涡旋的纯度,因而我们引入了消色差螺旋相位板,使得输出的光学涡旋在超过140m带宽的可见光范围内始终保持高达95％的纯度。　　 第五章:介绍了利用阶梯型螺旋相位板产生宽带光学涡旋的方法。并引入消色差材料使得在很宽的带宽内都能得到比较纯的光学涡旋。给出了相对拓扑荷值、主光学涡旋的相对强度与入射光带宽的关系。分析了入射光带宽对不希望存在的零阶光学涡旋模式的影响。　　 第六章:总结已完成的工作,指出还需要深入研究的工作。