一、渦旋光束

渦旋光束，也成為螺旋光束，是指具有渦旋特性的光束。廣義來說，渦旋光束包括相位渦旋光束和偏振渦旋光束兩大類。相位渦旋光束，即光波的相位和波前呈螺旋型，其在柱坐標(biāo)系(r,φ,z)下的復(fù)振幅表達式中含有螺旋相位項eilφ, 其中l(wèi)可為任一整數(shù)。由于光束中心存在相位奇點，因此相位渦旋光束的光場分布是中空環(huán)形。偏振渦旋光束，即在光場橫截面上具有渦旋分布偏振態(tài)的光束。與常見的線偏振，橢圓偏振和圓偏振等各向同性偏振光不同，偏振渦旋光束具有各向異性的偏振態(tài)分布，光場橫截面中每一點都具有自己獨特的偏振方向，表現(xiàn)出很強的矢量偏振特性，因此偏振渦旋光束也稱為矢量光束。

光的自旋角動量與光束的偏振性質(zhì)緊密相關(guān)，而光的軌道角動量則源于光場橫截面的復(fù)場分布，表征光束的波前性質(zhì)。傍軸近似下，渦旋光束的軌道角動量與自旋角動量可分解開，光子的角動量可以表示為：

l為角量子數(shù)，也成為拓?fù)浜?，可為任意整?shù)，同時，角量子數(shù)l為渦旋光束的特征值，決定了渦旋光束的螺旋波前分布。將將量子數(shù)為l的渦旋光束稱為l階渦旋光束，記作|l>。

偏振參數(shù)σ稱為自旋量子數(shù)，具有-1和+1兩個特征值。當(dāng)σ=+1 時，表示右旋圓偏振光，當(dāng)σ=-1 時，表示左 旋圓偏振光。光場的任意偏振態(tài)均可由具有相反自旋量子數(shù)的光子線性疊加而成，如線偏振光就是 |σ=+1> 和 |σ=-1> 的疊加。

二、渦旋光束的應(yīng)用

渦旋光束在許多領(lǐng)域都有很大的潛在應(yīng)用價值。在光通信領(lǐng)域，使用渦旋光束會大大擴展信道容量，實現(xiàn)大容量的信息傳輸。在探測領(lǐng)域，渦旋光束的旋轉(zhuǎn)多普勒效應(yīng)可以用于測量旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。當(dāng)渦旋光束作用域物體或者微粒時，光束攜帶的軌道角動量可以傳遞給微粒，控制微粒實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)或平移，這一特性可用于研制光鑷或光學(xué)扳手。

三、常見的渦旋光束

常見的渦旋光束有：拉蓋爾-高斯光束(Laguerre-Gauss beams)、貝塞爾光束(Bessel beams)和貝塞爾-高斯光束(Bessel-GaussBeams)。

貝塞爾光束是一種無衍射光束，若在傳輸路徑中存在障礙物，則經(jīng)過障礙物后一定距離，沒有被遮擋的光線會在障礙物后重新干涉，光場可自我恢復(fù)，具有自愈性。

貝塞爾光束具有無限延展的光場結(jié)構(gòu)，這使得其只能為理想的理論模型而無法真實存在，實際中一般采用貝塞爾-高斯光束作為貝塞爾光束的近似，在有限傳輸距離內(nèi)具有與貝塞爾光束相似的無衍射特性，超出zui大傳輸距離后貝塞爾-高斯光束將不再存在。