涡旋光束拥有螺旋型的相位结构。研究表明涡旋光束存在相位奇点,光束中的光子携带轨道角动量,这类光束在经典和量子领域具有重要作用,其在自由空间光通信、量子信息处理、光学微操控、光学测量、超分辨成像等领域引起了科研工作者的持续关注。这使得涡旋光束的研究成为了现代光学中的一个重要研究领域。传统的涡旋光束包括拉盖尔高斯光束、贝塞尔光束、高斯涡旋光束等。近年来一些新型涡旋光束也被越来越多的研究人员所关注,包括分数阶涡旋光束、马蒂尔涡旋光束、幂指数次方涡旋光束等。对涡旋光束的研究从传统涡旋延伸到新型涡旋具有重要的理论和现实意义,可以为光学涡旋的操控以及其在工程领域的应用提供理论基础。基于上述研究背景,本文对涡旋光束的产生、传输和探测进行了研究,研究对象从传统涡旋拓展到新型涡旋。本论文具体章节安排如下:第一章首先介绍了涡旋光束的相关背景,梳理了涡旋光束的研究现状和发展动态,指出本论文的研究目的以及研究意义。接着介绍了本论文涉及的理论基础与研究方法,包括:广义衍射积分公式,傅里叶光学传输法,深度学习与图像识别,以及介绍了涡旋光调控的实验方法。第二章提出了一种基于新型扭曲相位探测高斯涡旋光束的轨道角动量的方法,基于傅里叶光学传输法数值模拟了高斯涡旋光束在经过新型扭曲相位之后的光束传输特性,通过调整新型扭曲相位的参数,研究参数变化对于轨道角动量探测的影响,最后设计实验对理论模拟进行了验证。第三章介绍了拉盖尔高斯光束和厄米高斯光束的模式转换,提出了一类新型的模式转换装置。基于广义菲涅尔衍射积分公式推导了两类光束经过新型的模式转换装置后的解析表达式,理论表明两类光束在经过新型的模式转换装置后可以进行相互之间的模式转换。之后通过设计实验,对理论结果进行了验证。第四章研究了 一类非传统涡旋光束。结合广义菲涅积分公式和级数展开法推导了新型幂指数次方涡旋光束的传输公式,得到了新型幂指数次方涡旋光束在自由空间传输的解析解,同时用傅里叶传输法对结果进行了对比和验证,之后进行了实验,对理论模拟结果进行了验证,实验结果和理论模拟高度一致。最后,对新型幂指数次方涡旋光束的轨道角动量进行了研究计算。第五章介绍了深度学习在光学领域的应用,提出了一种基于深度学习的方法来探测新型幂指数次方涡旋光束的拓扑荷和幂指数参数,通过神经网络模型搭建和光学实验相结合对模型进行了验证。实验结果证明了这种方法在探测新型涡旋光束方面的可行性。第六章对本论文的主要工作及创新点进行总结,并提出对未来工作的展望。