涡旋光束的波阵面既不是平波,也不是球面波,而是具有连续螺旋状相位波前且涡旋中心光强为零的奇异光束。涡旋光束具有独特的暗心结构,在该处实部和虚部都为零,从而导致相位的不确定,且场振幅也为零,最终形成了“空心光束”。涡旋光束的理论模型、传输与变换等问题一直都是奇点光学研究的重要课题。涡旋光束具有其独特的物理性质,如传播过程中始终保持空心型分布的不变性、无加热效应以及具有自旋与轨道角动量等,这些性质使得涡旋光束在激光光学、光信息处理、粒子囚禁、材料学、生物技术、医学以及原子学等领域中有着广泛的应用前景。　　 激光束经过高数值孔径聚焦系统后会得到一个较小的聚焦光斑,其光斑的大小的量级为亚波长,因而这种聚焦系统可以提高成像系统的空间分辨率,从而在粒子捕获、激光加工以及显微成像等领域有着广泛的应用。当光束经高数值孔径透镜的聚焦时,在聚焦场会产生一个三维分布的空间光场,傍轴近似不再成立,因此,在使用了高数值孔径透镜的成像系统上,需要应用矢量Debye衍射理论来进行分析。本文工作主要在于引入了Debye衍射理论,研究了不同偏振状态的涡旋光束经过高数值孔径透镜聚焦后在聚焦场的聚焦特性,以及变化的相关参数对聚焦场的聚焦特性的影响。本文主要内容包括:　　 一、介绍了涡旋光束的研究背景,高数值孔径透镜聚焦系统的研究进展和光镊技术的研究进展,指出了本文的研究意义及本文的主要工作。　　 二、介绍了Debye衍射理论,研究了以线偏振光为入射光源,经过无像差的高数值孔径透镜后的聚焦场的光场分布情况。　　 三、基于Debye衍射理论,研究了椭圆偏振贝塞尔-高斯光束经过具有初级球差的高数值孔径透镜聚焦后的深聚焦特性,并通过数值计算分析了变化的初级球差系数对聚焦场光强分布和位相分布的影响。　　 四、研究了径向偏振涡旋超短光脉冲经过高数值孔径透镜聚焦后的聚焦特性和传输速度的变化规律,以及相关参数的变化对其传输速度和轨道角动量的影响。研究结果表明:超短光脉冲经过高数值孔径透镜聚焦后在聚焦场会出现快光和慢光的现象,这对于控制粒子的传输速度领域有着重要的指导意义。　　 五、研究了选取不同切趾函数的双环径向偏振涡旋光束经过高数值孔径透镜聚焦后的的光强变化,接着分析了双环径向偏振涡旋光束在瑞利粒子上产生的辐射力分布情况和被捕获粒子的稳定性。研究结果表明,当切趾函数β=1.1时,双环径向偏振涡旋光束经过高数值孔径透镜聚焦后,形成轴上光强最大的实心光束,可以用来囚禁折射率大于周围介质的微粒。当切趾函数β=1.6时,双环径向偏振涡旋光束经过高数值孔径透镜聚焦后,形成一个三维的空洞,可以用来同时囚禁折射率大于周围介质的微粒和小于周围介质的微粒。