由于轨道角动量的新颖特性,携带轨道角动量的涡旋光束已经在光学微操纵,量子信息处理以及遥感测量等诸多领域内开展了研究。特别地是,因其具有相互正交的无限本征态特性,轨道角动量近年来被研究用作提高光通信系统性能的额外自由度。对于这些应用,轨道角动量状态的测量非常重要。本论文研究了轨道角动量生成和测量的基本原理。提出了利用渐变占空比光栅和可变柱透镜对的两种新颖的轨道角动量测量方法。主要工作如下:首先,介绍了拉盖尔-高斯光束和像散椭圆高斯光束这两类携带轨道角动量的光束。总结了涡旋光束生成和轨道角动量测量的典型方法。其次,设计了横向和纵向渐变占空比的两种特殊光栅用于测量轨道角动量。它们由二元振幅光栅叠加产生摩尔纹的方式实现。基于菲涅尔衍射理论研究了光场通过特殊光栅后的衍射特性。通过数值模拟评估了两种光栅的轨道角动量测量能力。并搭建实验实现横向渐变占空比光栅对于低阶轨道角动量的测量。最后,提出了一种使用可变柱透镜对测量高阶轨道角动量的新颖方法。光学系统由两个具有相反焦距的柱透镜组成。通过改变两个柱透镜之间的夹角,可以产生旋转位置—空间频率间的变换关系。凭借这个特性,该方法能够灵活地测量具有不同束腰半径的涡旋光束的轨道角动量。轨道角动量的大小和符号由远场衍射图样的暗纹数量和方向确定。实验实现了高达200阶的轨道角动量以及拉盖尔-高斯模式径向指数的测量。通过数值模拟证明了光学系统具有较大的准直宽容度。作为一种紧凑的高阶轨道角动量测量装置,可变柱透镜对可能会在轨道角动量光通信或光纤系统中找到潜在的应用。