摘要：就渦旋光束和光學(xué)渦旋的基本特征和原理進行了概述，對其產(chǎn)生、 傳播及應(yīng)用進行了介紹。對渦旋光束和光學(xué)渦旋的研究動態(tài)進行了敘述， 并對其未來的研究和應(yīng)用前景進行了展望。

關(guān)鍵詞：渦旋光束；光學(xué)渦旋；相位奇異性；角動量；螺旋相位；光學(xué)操控

1.引言

光學(xué)渦旋是隨著人們對光認識的深入， 特別激光產(chǎn)生以后才逐漸有了較為清晰的認識。自 19 世紀 Airy[1]發(fā)現(xiàn)在透鏡的聚焦面上會形成一種奇異的環(huán)以后，人們才開始對這種現(xiàn)象進行研究。1973年， William H. Carter根據(jù)計算機模擬揭示： 可以通過對光束的極輕微擾動使奇異環(huán)產(chǎn)生或消失。之后， G. P. Karman等研究揭示： 奇異環(huán)或環(huán)的波前錯位隨著任何非近軸激光束的傳遞而產(chǎn)生。

此外， 光束參數(shù)的變化導(dǎo)致位錯反應(yīng)—— —波前奇異性的不斷產(chǎn)生和消失。后來，A. V. Volyar 等提出： 環(huán)的主要特征和邊緣位錯是橫向光學(xué)渦旋的一種空間運動，這種光學(xué)渦旋的基本單元具有相位奇異性， 這是首次用光學(xué)渦旋來解釋這種現(xiàn)象。M. S. Soskin 等發(fā)現(xiàn)在去除很大比例的奇異性光束后，光束在傳遞過程中又能恢復(fù)部分渦旋特征。事實上，對于任何光學(xué)現(xiàn)象， 不管是經(jīng)典的還是量子的， 波渦旋都是固有的。 隨著研究的進展， 到20世紀末大量關(guān)于光學(xué)渦旋的專題論文和評論性文章發(fā)表。

渦旋光束和光學(xué)渦旋憑借其復(fù)雜性和可觀的應(yīng)用前景， 逐漸成為近幾年學(xué)術(shù)界的熱門研究課題。

渦旋光束之所以應(yīng)用非常廣泛，特別是在光學(xué)操控領(lǐng)域極具優(yōu)勢，是因為渦旋光束所具有的螺旋波面可以聚焦成環(huán)形的光陷， 而這個環(huán)形的光陷就是光學(xué)渦旋。

2.渦旋光束理論基礎(chǔ)與研究概況

渦旋光束近幾年引起了物理學(xué)界的濃厚興趣。所謂渦旋光束即具有連續(xù)螺旋狀相位的光束， 換句話說，光束的波陣面既不是平面，也不是球面， 而是像旋渦狀， 具有奇異性。

渦旋光束具有柱對稱的傳播性質(zhì)， 此種光束的渦旋中心是一個暗核， 在此光強消失， 其在傳播過程中也保持中心光強為零。 渦旋光束的相位波前成螺旋形分布，所以波矢量有方位項， 且其繞著渦旋中心旋轉(zhuǎn)。 而正是因為這個旋轉(zhuǎn)， 光波攜帶了軌道角動量。L. Allen 等指出拉蓋爾原高斯光束具有 f=mq 的螺旋相位結(jié)構(gòu)， 它有顯著的每光子 mh 軈 的軌道角動量。 在這個螺旋相位的中心具有奇異性， 因為此處的相位是不確定的， 而且場振幅也消失了，以致在光波的中心形成了 “黑心光束” 。

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