利用同轴结构实现纳米粒子光学捕获，研究不同偏振光对光势阱的影响，并通过优化结构参数实现圆偏振下的等离激元涡旋场模式。研究结果表明：该同轴结构在线偏振光750 nm处透射率最大，并且在入射光强为1 μW/μm²时势阱深度达到17kBT；圆偏振光在同轴结构上方形成涡旋场，能量流势阱深度为8kBT。所设计的同轴结构扩大了光场作用范围，优化了光梯度力作用方向，提高了捕获低浓度小尺度粒子的效率。该研究结果对于低浓度生物分子光学捕获具有一定的参考意义。

研究了一种对薄片激光晶体进行端面离焦泵浦的涡旋光激光器。泵浦光经过会聚透镜聚焦，当焦点处于薄片Nd∶YAG中时，激光器输出基模。通过移动会聚透镜改变泵浦光焦点，当泵浦光焦点移出薄片Nd∶YAG时，产生1 阶涡旋光，微调输出镜倾斜角度可以改变涡旋光的手性。实验产生了0.57 W的LG0,±1模连续涡旋光以及0.48 W 的LG0,-1模脉冲涡旋光。脉冲涡旋光的重复频率为10 kHz，脉冲宽度为35.2 ns，单脉冲能量为0.048 mJ，峰值功率为1.37 kW。这种方案无需对泵浦光和谐振腔进行特殊设计，具有结构简单紧凑的优点。

提出了一种基于环形芯结构的掺铒涡旋光纤。针对该涡旋光纤的放大性能，分析了其高折射率环和掺杂区域宽度对增益性能的影响。仿真结果表明，该光纤可支持1~2阶涡旋光模式，且C波段内的模式增益均高于35.4 dB。通过搭建实验装置对环形芯掺铒涡旋光纤的放大性能进行了测试。实验结果表明，在1530 nm波长处涡旋光的模式增益最大值高达32.6 dB。此环形芯掺铒涡旋光纤可广泛应用在长距离、大容量的空分复用光纤通信等领域中。

针对不同径向节次拉盖尔-高斯（LG）光束，首先阐述了其物理意义及强度分布规律，分析了高径向节次LG光束在横向偏移入射条件下的旋转多普勒效应（RDE）。其次，根据散射体模型，设计变量控制实验探究了不同径向节次LG光束对横移条件下RDE的影响，实验结果表明：不同径向节次LG光束虽然能够增强横向位移条件下旋转多普勒信号的光强及幅值，有助于转速信息提取，但二者并非线性关系；随着径向节次的增大，频域信号幅值呈现先增大后减小的规律，存在最佳径向节次值，使得信号幅值最大；LG光束的径向节次并不影响转速测量精度。最后，从理论上分析了LG光束的径向节次影响旋转多普勒信号强度的原因。本研究在拓展涡旋光测速应用范围，增加目标转速探测距离及提高准确度方面具有较大的应用潜力。

通过实验研究了拉盖尔-高斯涡旋光束及其叠加态在水下湍流中的传输特性，充分考虑了不同温度差和盐度差的水流扩散产生的湍流对4种光束（高斯光束，阶数为0、拓扑荷数为6的拉盖尔-高斯涡旋光束，阶数为1、拓扑荷数为2与阶数为0、拓扑荷数为6的拉盖尔-高斯涡旋光叠加，阶数为1、拓扑荷数为2与阶数为0、拓扑荷数为10的拉盖尔-高斯涡旋光叠加）传输的影响，并对4种光束的漂移方差和闪烁指数进行深入讨论与分析。实验结果表明：随着湍流强度的增大，4种光束的漂移方差和闪烁指数都增大，相比其他3种光束，拉盖尔-高斯涡旋光束的漂移方差和闪烁指数较小；在较弱的湍流强度下，两种涡旋光叠加态的漂移方差和闪烁指数与拉盖尔-高斯涡旋光束相近。

光束漂移会造成涡旋光功率波动和闪烁,是影响自由空间光通信、传感以及远距离成像的一个重要因素。通过调控多模涡旋态和模拟扰动环境,实验研究了非相干叠加和相干叠加多模涡旋光的漂移现象。通过测量轨道角动量(OAM)谱中信号OAM模式的功率波动和闪烁指数,发现高阶涡旋光束比低阶涡旋光束具有更优的抗功率波动和抗闪烁表现;多模涡旋光束优于单模涡旋光束;非相干叠加的多模高阶涡旋光束优于相干叠加的多模高阶涡旋光束。对比实验的结果表明:相较于其他几种涡旋光束,非相干叠加的多模高阶涡旋光束具有最优的抗闪烁和抗功率波动能力,更适合在光束漂移的扰动环境中使用。所得研究结果对基于涡旋光的远距离传输和通信具有重要参考价值。

轨道角动量(OAM)作为一个全新的通信复用维度,在大气激光通信、卫星通信等领域有着广泛的应用价值。主要采用双路多进制OAM调制进行信息的传输,利用两路多进制信号产生具有不同拓扑荷值的涡旋光束再进行相干叠加,产生不同的光强图案,在接收端利用CCD相机记录下光强信息,通过光强信息可以识别不同的符号信息。采用双路四进制信息传输时,可以产生16种不同的光强图案,为了保证光强图案的差异性,提出了一种基于光强相关性的编码方案,同时探索了大气湍流对光强的影响。使用卷积神经网络(CNN)进行光强信息的识别,能够显著提高大气湍流影响下光强信息的识别率。