在光学中，有一类光束具有螺旋相位波前结构或者相位奇点的特殊光场分布，其波前沿传播方向上的轴螺旋前进，这种旋转导致光束在光轴处相互抵消，投影到一个平面上看起来像中心暗孔的光环，这类光波通常被称作“光学涡旋（Optical Vortices，简称OV）”，也可以称为漩涡光束或涡旋光。

涡旋光束/漩涡光近年来引起了物理 学界的浓厚兴趣。所谓涡旋光束即具有连续螺旋状相位的光束，光束的波阵面既不是平面，也不是球面，而是像旋涡状，具有奇异性。涡旋光束具有柱对称的传播性质，此种光束的涡旋中心是一个暗核，在此光强消失，其在传播过程中也保持中心光强为零。涡旋光束的相位波前成螺旋形分布，所以波矢量有方位项，且其绕着涡旋中心旋转。而正是因为这个旋转，光波携带了轨道角动量。在这个螺旋相位的中心具有奇异性，因为此处的相位是不确定的，而且场振幅也消失了，因此漩涡光的中心形成了 “黑心光束”。

获得涡旋光束***通用的方法就是采用螺旋相位片，螺旋相位片能够充当相位特征f(x,y)的单色项的光学元件。目前，除了可用螺旋相位板产生涡旋光束之外，还有许多方法可以产生涡旋光束。如运用全息光栅，由低阶高斯模产生涡旋光束；也可采用包含球形透镜和柱透镜的模式转换器，由高阶厄米原高斯模获得涡旋光束；还可选择性地直接从具有相位转换装置的激光谐振腔中产生涡旋光束等。但螺旋相位板是获得漩涡光***简单、直接的方法，其能够方便地设计漩涡光的直径和拓扑荷数，满足用户的各种需求。

螺旋相位板也称为螺旋相位片、漩涡光元件、贝塞尔振幅调制螺旋相位片，螺旋相位片的英文翻译为Spiral Phase Plate或Vortex，涡旋光束元件，是相位板的一种，相位板英文名称为Phase-plate。

维尔克斯光电提供******的螺旋相位片产品，有高达数百种标准产品，不仅在波长上涵盖193nm~10.6um的激光波段和0.1THz~4THz的太赫兹波段，而且包含1~12个拓扑荷数，还包括台阶型和连续面型两种表面结构，能够满足用户的各种需求。

螺旋相位片的特点：

激光通过螺旋相位片之后产生的光学涡旋具有三大主要特性：螺旋相位波前结构、确定的光子轨道角动量（OAM）以及暗心结构。

在螺旋相位片产生的环形光斑上，光的相位随着旋转角度单调变化，相位的变化量和角度已经拓扑荷数有关。

涡旋光束之所以应用非常***，特别是在光学操控领域******，是因为涡旋光束所具有的螺旋波面可以聚焦成环形的光陷，而这个环形的光陷就是光学涡旋。

漩涡光拓扑荷数

拓扑荷数是螺旋相片***重要的基本参数，通常用m表示，也可以被称为光学拓扑荷。注：某些粒子的特性在场变形下保持不变，这样的守恒律称为拓扑，其守恒荷称为拓扑荷。要实现调整涡旋光束的轨道角动量，可以通过改变波前的螺旋绕数m，或者也可以通过增大光子流。由于每一个光学涡旋都具有一定的螺旋规模，若轨道角动量固定，则会给要求几何或光子密度保持不变的应用带来一些限制。

螺旋相位片的应用：

涡旋光束已经在现代多项科技中取得了***应用，它不仅可用于增大激光腔的模体积，光的光导，频率移动，角动量的改变，而且还可以作为在自聚焦介质中的暗孤子。涡旋光束所拥有的轨道角动量更可用于自由空间光通信的信息解码。不过， ***为突出的还是其在光学微操控领域中的应用，如对微粒和原子的光陷，捕获和引导粒子，旋转吸收的粒子等。光操控在现代科技中被誉为是一项***的技术，运用梯度力和散射力的原理，通过这项技术我们便可以实现控制微粒的运动。涡旋光场在光学微控领域的应用已经导致了人们对光场中光学角动量的大量研究，尤其是拉盖尔原高斯光场和高阶贝塞尔光场。由于梯度力，微粒可被陷于此种涡旋光中，而通过散射或吸收，微粒又可因角动量转换，沿着光场的环状光强分布旋转。

螺旋相位片的研究发展非常迅速，已经用于显微镜的光镊，高速无线电漩涡通信（可传输每秒 2.5Tb的数据），取代普通流式细胞筛选机的“光镊”（Optical Tweezer），作为束缚粒子的“势阱”，作为调整粒子旋转方向的“光学扳手（Optical Spanners），***信息技术的密码通信（利用涡旋光拓扑荷可任意改变的特点），此外，螺旋相位片在成像、计算等领域也有应用。

光学涡旋的研究动态

螺旋相位片产生的光学涡旋是近几年来受到重视和***研究的一种重要光场，它的基础研究涉及了许多方面的物理研究，如光的轨道角动量、波前、空间相干和时间相干。光学涡旋代表的是相位奇异性， 它普遍存在于光物理学的众多领域之中。光学涡旋也可以称为“相位缺陷”，它是光束横截面上的相位以2π螺旋式围绕中心变化的光场，它经常发生在相干传播过程中，如拉盖尔原高斯激光束和光学涡旋孤子。 当产生光学涡旋时，平面波存在着类似于晶体的“螺旋式缺陷” ，波前会绕着在传播方向上的一条线以螺旋方式旋转传播。远离此线的波是平面波；在该线上光的相位是不确定的，即场的实部和虚部都为零，为此该处光强亦为零。

基于螺旋相位片产生的涡旋光束和光学涡旋具有复杂性和多样性的特征，还有它们所具有的应用潜力，***受到了人们的关注。涡旋光束可以作为光学镊子(光钳)、光学扳手和原子电动机等，这些都可以用于操控某些微观粒子(包括中性原子或分子等)。涡旋光束和光学涡旋的研究领域可谓深远，基于涡旋光束和光学涡旋这一研究课题的基础性和前瞻性，它对光的本性认识具有深刻的影响。维尔克斯光电尽全力为国内的相关应用团队提供服务，希望在未来创造更多有价值的研究成果及应用。