光(guang)(guang)學(xue)旋(xuan)(xuan)渦(wo)(wo)是(shi)(shi)一(yi)種具(ju)有(you)(you)螺(luo)(luo)旋(xuan)(xuan)相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)結構(gou)和確定軌(gui)道角動(dong)量(liang)(liang)的(de)(de)特(te)殊光(guang)(guang)場(chang)，已(yi)經被廣泛應用在很(hen)(hen)多領(ling)(ling)域(yu)，如(ru)光(guang)(guang)鑷(nie)、粒(li)子操控(kong)、量(liang)(liang)子信息傳輸(shu)等領(ling)(ling)域(yu)。螺(luo)(luo)旋(xuan)(xuan)相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)板(ban)則是(shi)(shi)獲得渦(wo)(wo)旋(xuan)(xuan)光(guang)(guang)簡單、直(zhi)接的(de)(de)方(fang)(fang)(fang)法，通過該器件的(de)(de)光(guang)(guang)束可以(yi)很(hen)(hen)方(fang)(fang)(fang)便地轉換為(wei)具(ju)有(you)(you)不(bu)同(tong)空心(xin)(xin)暗(an)環大小以(yi)及(ji)不(bu)同(tong)旋(xuan)(xuan)向的(de)(de)光(guang)(guang)束。渦(wo)(wo)旋(xuan)(xuan)光(guang)(guang)束的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)波(bo)前呈螺(luo)(luo)旋(xuan)(xuan)形分布，波(bo)矢量(liang)(liang)具(ju)有(you)(you)方(fang)(fang)(fang)位(wei)(wei)(wei)項(xiang)，傳輸(shu)的(de)(de)光(guang)(guang)束具(ju)有(you)(you)軌(gui)道角動(dong)量(liang)(liang)，繞著渦(wo)(wo)旋(xuan)(xuan)中(zhong)心(xin)(xin)旋(xuan)(xuan)轉。在這(zhe)個螺(luo)(luo)旋(xuan)(xuan)相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)的(de)(de)中(zhong)心(xin)(xin)，相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)是(shi)(shi)不(bu)確定的(de)(de)，場(chang)振幅也(ye)消失了，因此(ci)渦(wo)(wo)旋(xuan)(xuan)光(guang)(guang)的(de)(de)中(zhong)心(xin)(xin)形成了明顯可見的(de)(de)暗(an)環，中(zhong)心(xin)(xin)光(guang)(guang)強為(wei)零，且在傳播過程中(zhong)也(ye)持續保持中(zhong)心(xin)(xin)光(guang)(guang)強為(wei)零。
螺旋(xuan)相位(wei)(wei)(wei)板（SPP）是(shi)一種光(guang)學厚度與旋(xuan)轉方位(wei)(wei)(wei)角成正比的(de)(de)純相位(wei)(wei)(wei)型衍射(she)光(guang)學元件，螺旋(xuan)相位(wei)(wei)(wei)板呈螺旋(xuan)狀(zhuang)(zhuang)分布，入射(she)光(guang)通(tong)過SPP后出(chu)射(she)的(de)(de)光(guang)具(ju)有螺旋(xuan)相位(wei)(wei)(wei)波前，中(zhong)心具(ju)有相位(wei)(wei)(wei)奇點，場強為零(ling)。理想的(de)(de)螺旋(xuan)相位(wei)(wei)(wei)板的(de)(de)相位(wei)(wei)(wei)改變是(shi)連續(xu)的(de)(de)，高(gao)度隨著旋(xuan)轉角度θ的(de)(de)增加而線(xian)性增加。但由于工藝技(ji)術(shu)限制，實際的(de)(de)SPP是(shi)階梯型的(de)(de)，其相位(wei)(wei)(wei)改變不再連續(xu)，厚度的(de)(de)線(xian)性增加是(shi)階梯狀(zhuang)(zhuang)的(de)(de)。如下圖(tu)所示(shi)，類似于一個旋(xuan)轉臺階，臺階高(gao)度為h，臺階高(gao)度為h0，入射(she)光(guang)通(tong)過SPP產生(sheng)的(de)(de)相位(wei)(wei)(wei)延遲為：
軌道角動量(liang)（OAM）的(de)特征值(zhi)，又稱拓撲荷數m，可取任意(yi)整數，表示光學旋渦繞軸一圈(quan)其相位(wei)變化為2π的(de)整數倍(bei)。其表達式為：
式中(zhong)：n—SPP的(de)折射(she)率，n0—周(zhou)圍介(jie)質的(de)折射(she)率，λ—入射(she)波波長，h—臺階厚度(du)，h0—SPP的(de)基底厚度(du)，SPP厚度(du)h = h0+ h(θ/2π)。
當一束平面波通過SPP之后(hou)，將會形成如(ru)下圖(tu)所示的渦旋光束，在固定(ding)的接收(shou)平面，可以(yi)觀(guan)察到明(ming)顯的中心暗(an)(an)環，暗(an)(an)環半徑與SPP的拓撲荷數m相關，如(ru)下圖(tu)示例(li)。
利用(yong)(yong)SPP獲得(de)的(de)(de)(de)渦旋(xuan)光(guang)束(shu)，傳輸(shu)距離(li)不(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)時(shi)候中心暗(an)環會隨(sui)之增大，同(tong)(tong)(tong)時(shi)，通過在光(guang)路中采用(yong)(yong)不(bu)同(tong)(tong)(tong)拓撲荷數的(de)(de)(de)SPP也(ye)可以(yi)獲得(de)不(bu)同(tong)(tong)(tong)尺寸的(de)(de)(de)暗(an)環大小，另外，將不(bu)同(tong)(tong)(tong)拓撲荷數的(de)(de)(de)SPP疊加也(ye)可以(yi)實現這一(yi)目的(de)(de)(de)。正是(shi)利用(yong)(yong)這一(yi)特(te)點，當我們可以(yi)隨(sui)時(shi)掌控具有軌道(dao)角動量的(de)(de)(de)渦旋(xuan)光(guang)束(shu)的(de)(de)(de)暗(an)環直(zhi)徑時(shi)，其在光(guang)鑷(nie)系統中對各(ge)種(zhong)外徑微粒進(jin)行精密(mi)操控具有重大意義。
此(ci)外，在無線光通信(xin)(xin)中，攜帶軌道角動量(Orbital Angular Momentum, OAM)的(de)渦旋光束以(yi)一(yi)種新的(de)復用(yong)方式出現(xian)，與時(shi)分(fen)復用(yong)、碼分(fen)復用(yong)、頻分(fen)復用(yong)等(deng)復用(yong)方式類(lei)似，為解(jie)決(jue)復用(yong)通信(xin)(xin)中速率和信(xin)(xin)道容量問題提供一(yi)種手段。如下圖所(suo)示，這也是(shi)渦旋光束的(de)一(yi)個非常(chang)有意義的(de)應(ying)用(yong)方向。
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