涡旋光束因其相位特殊性及多维可控的矢量光场特性引起广泛关注。独特的螺旋相位结构,使涡旋光束在光通信、量子信息、光学操控、传感测量等领域具有巨大的潜在应用价值。然而,对涡旋光束的研究仍存在着一些不足,还有许多没有解决的科学和技术难题,如其产生方案较复杂、传感领域中的应用较少等。因此针对这些问题,我们开展了涡旋光束的衍射与散斑特性的相关研究,包括基于光纤和硅基波导的涡旋光束产生方法,涡旋光束经过光阑的衍射特性研究,以及涡旋光束经粗糙表面和湍流形成的散斑特性研究和应用。本文主要创新研究成果如下:1.从波导模式理论和耦合模式理论出发,提出了一种基于手征光纤的涡旋光束产生方案,通过引入手性耦合结构作为微扰,设计了一种基于多模光纤结构的光轨道角动量调制器,并给出其对轨道角动量模式的调制规则,通过理论分析与数值仿真,得到了光纤结构尺寸参数对光束质量和模式损耗的影响。研究了基于环形腔和光栅的硅基波导涡旋光束产生器件,分析了结构参数对涡旋光束模式转换效率及模式纯度的影响。2.利用衍射理论分析了Laguerre-Gaussian光束（LG光束）经不同光阑衍射后,拓扑荷数与衍射光场分布的关系。通过衍射公式推导得出涡旋光束经圆型光阑衍射后拓扑荷数的不变性。理论分析了LG光束径向变化的相位与菲涅尔波带片焦平面位置的关系,发现了LG光束经菲涅尔波带片聚焦后产生的焦点红移现象,通过实验验证了相关结果,同时证明了聚焦特性与拓扑荷数的无关性。3.研究了涡旋光束经粗糙表面散射的散斑特性,并与高斯光束进行了对比,得出了在微小粗糙度下,LG光束的散斑变化比高斯光束更敏感这一结论。设计了基于空间光调制器的可调粗糙度表面,并进行了相关实验,通过散斑图的分析,得到了与理论一致的结果,验证了通过LG光束散斑测量表面粗糙度的可行性和优势。4.利用LG光束研究了涡旋光束在大气湍流中传输的散斑特性,分析了大气湍流对不同拓扑荷数和波长的LG光束影响。根据大气湍流产生理论,设计并制作了一款热风型湍流模拟装置,给出了该装置内部大气相干长度的计算方法。以此为基础,分析了不同强度大气湍流条件下LG光束的散斑变化情况,与理论结果一致,证明了散斑平均尺寸和对比度随着大气湍流相干长度的变化规律,验证了LG光束测量大气湍流强度的可行性。