光学旋涡是一种具有螺旋相位结构和确定轨道角动量的特殊光场，已经被广泛应用在很多领域，如光镊、粒子操控、量子信息传输等领域。螺旋相位板则是获得涡旋光简单、直接的方法，通过该器件的光束可以很方便地转换为具有不同空心暗环大小以及不同旋向的光束。涡旋光束的相位波前呈螺旋形分布，波矢量具有方位项，传输的光束具有轨道角动量，绕着涡旋中心旋转。在这个螺旋相位的中心，相位是不确定的，场振幅也消失了，因此涡旋光的中心形成了明显可见的暗环，中心光强为零，且在传播过程中也持续保持中心光强为零。

螺旋相位板（SPP）是一种光学厚度与旋转方位角成正比的纯相位型衍射光学元件，螺旋相位板呈螺旋状分布，入射光通过SPP后出射的光具有螺旋相位波前，中心具有相位奇点，场强为零。理想的螺旋相位板的相位改变是连续的，高度随着旋转角度θ的增加而线性增加。但由于工艺技术限制，实际的SPP是阶梯型的，其相位改变不再连续，厚度的线性增加是阶梯状的。如下图所示，类似于一个旋转台阶，台阶高度为h，台阶高度为h0，入射光通过SPP产生的相位延迟为：

轨道角动量（OAM）的特征值，又称拓扑荷数m，可取任意整数，表示光学旋涡绕轴一圈其相位变化为2π的整数倍。其表达式为：

式中：n—SPP的折射率，n0—周围介质的折射率，λ—入射波波长，h—台阶厚度，h0—SPP的基底厚度，SPP厚度h = h0+ h(θ/2π)。

当一束平面波通过SPP之后，将会形成如下图所示的涡旋光束，在固定的接收平面，可以观察到明显的中心暗环，暗环半径与SPP的拓扑荷数m相关，如下图示例。

利用SPP获得的涡旋光束，传输距离不同的时候中心暗环会随之增大，同时，通过在光路中采用不同拓扑荷数的SPP也可以获得不同尺寸的暗环大小，另外，将不同拓扑荷数的SPP叠加也可以实现这一目的。正是利用这一特点，当我们可以随时掌控具有轨道角动量的涡旋光束的暗环直径时，其在光镊系统中对各种外径微粒进行精密操控具有重大意义。

此外，在无线光通信中，携带轨道角动量(Orbital Angular Momentum, OAM)的涡旋光束以一种新的复用方式出现，与时分复用、码分复用、频分复用等复用方式类似，为解决复用通信中速率和信道容量问题提供一种手段。如下图所示，这也是涡旋光束的一个非常有意义的应用方向。

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