在光學中，有一類光束具有螺旋相位波前結構或者相位奇點的特殊光場分布，其波前沿傳播方向上的軸螺旋前進，這種旋轉導致光束在光軸處相互抵消，投影到一個平面上看起來像中心暗孔的光環，這類光波通常被稱作“光學渦旋（Optical Vortices，簡稱OV）"，也可以稱為漩渦光束或渦旋光。

渦旋光束/漩渦光近年來引起了物理 學界的濃厚興趣。所謂渦旋光束即具有連續螺旋狀相位的光束，光束的波陣面既不是平面，也不是球面，而是像旋渦狀，具有奇異性。渦旋光束具有柱對稱的傳播性質，此種光束的渦旋中心是一個暗核，在此光強消失，其在傳播過程中也保持中心光強為零。渦旋光束的相位波前成螺旋形分布，所以波矢量有方位項，且其繞著渦旋中心旋轉。而正是因為這個旋轉，光波攜帶了軌道角動量。在這個螺旋相位的中心具有奇異性，因為此處的相位是不確定的，而且場振幅也消失了，因此漩渦光的中心形成了 “黑心光束"。

獲得渦旋光束通用的就是采用螺旋相位片，螺旋相位片能夠充當相位特征f(x,y)的單色項的光學元件。目前，除了可用螺旋相位板產生渦旋光束之外，還有許多可以產生渦旋光束。如運用全息光柵，由低階高斯模產生渦旋光束；也可采用包含球形透鏡和柱透鏡的模式轉換器，由高階厄米原高斯模獲得渦旋光束；還可選擇性地直接從具有相位轉換裝置的激光諧振腔中產生渦旋光束等。但螺旋相位板是獲得漩渦光簡單、直接的，其能夠方便地設計漩渦光的直徑和拓撲荷數，滿足用戶的各種需求。

螺旋相位板也稱為螺旋相位片、漩渦光元件、貝塞爾振幅調制螺旋相位片，螺旋相位片的英文翻譯為Spiral Phase Plate或Vortex，渦旋光束元件，是相位板的一種，相位板英文名稱為Phase-plate。

維爾克斯光電提供的螺旋相位片產品，有高達數百種標準產品，不僅在波長上涵蓋193nm~10.6um的激光波段和0.1THz~4THz的太赫茲波段，而且包含1~12個拓撲荷數，還包括臺階型和連續面型兩種表面結構，能夠滿足用戶的各種需求。

螺旋相位片的特點：

激光通過螺旋相位片之后產生的光學渦旋具有三大主要特性：螺旋相位波前結構、確定的光子軌道角動量（OAM）以及暗心結構。

在螺旋相位片產生的環形光斑上，光的相位隨著旋轉角度單調變化，相位的變化量和角度已經拓撲荷數有關。

渦旋光束之所以應用非常，特別是在光學操控領域優勢，是因為渦旋光束所具有的螺旋波面可以聚焦成環形的光陷，而這個環形的光陷就是光學渦旋。

漩渦光拓撲荷數

拓撲荷數是螺旋相片重要的基本參數，通常用m表示，也可以被稱為光學拓撲荷。注：某些粒子的特性在場變形下保持不變，這樣的守恒律稱為拓撲，其守恒荷稱為拓撲荷。要實現調整渦旋光束的軌道角動量，可以通過改變波前的螺旋繞數m，或者也可以通過增大光子流。由于每一個光學渦旋都具有一定的螺旋規模，若軌道角動量固定，則會給要求幾何或光子密度保持不變的應用帶來一些限制。

螺旋相位片的應用：

渦旋光束已經在現代多項科技中取得了應用，它不僅可用于增大激光腔的模體積，光的光導，頻率移動，角動量的改變，而且還可以作為在自聚焦介質中的暗孤子。渦旋光束所擁有的軌道角動量更可用于自由空間光通信的信息解碼。不過， 為突出的還是其在光學微操控領域中的應用，如對微粒和原子的光陷，捕獲和引導粒子，旋轉吸收的粒子等。光操控在現代科技中被譽為是一項的技術，運用梯度力和散射力的原理，通過這項技術我們便可以實現控制微粒的運動。渦旋光場在光學微控領域的應用已經導致了人們對光場中光學角動量的大量研究，尤其是拉蓋爾原高斯光場和高階貝塞爾光場。由于梯度力，微粒可被陷于此種渦旋光中，而通過散射或吸收，微粒又可因角動量轉換，沿著光場的環狀光強分布旋轉。

螺旋相位片的研究發展非常迅速，已經用于顯微鏡的光鑷，高速無線電漩渦通信（可傳輸每秒 2.5Tb的數據），取代普通流式細胞篩選機的“光鑷"（Optical Tweezer），作為束縛粒子的“勢阱"，作為調整粒子旋轉方向的“光學扳手（Optical Spanners），信息技術的密碼通信（利用渦旋光拓撲荷可任意改變的特點），此外，螺旋相位片在成像、計算等領域也有應用。

光學渦旋的研究動態

螺旋相位片產生的光學渦旋是近幾年來受到重視和研究的一種重要光場，它的基礎研究涉及了許多方面的物理研究，如光的軌道角動量、波前、空間相干和時間相干。光學渦旋代表的是相位奇異性， 它普遍存在于光物理學的眾多領域之中。光學渦旋也可以稱為“相位缺陷"，它是光束橫截面上的相位以2π螺旋式圍繞中心變化的光場，它經常發生在相干傳播過程中，如拉蓋爾原高斯激光束和光學渦旋孤子。 當產生光學渦旋時，平面波存在著類似于晶體的“螺旋式缺陷" ，波前會繞著在傳播方向上的一條線以螺旋方式旋轉傳播。遠離此線的波是平面波；在該線上光的相位是不確定的，即場的實部和虛部都為零，為此該處光強亦為零。

基于螺旋相位片產生的渦旋光束和光學渦旋具有復雜性和多樣性的特征，還有它們所具有的應用潛力，受到了人們的關注。渦旋光束可以作為光學鑷子(光鉗)、光學扳手和原子電動機等，這些都可以用于操控某些微觀粒子(包括中性原子或分子等)。渦旋光束和光學渦旋的研究領域可謂深遠，基于渦旋光束和光學渦旋這一研究課題的基礎性和前瞻性，它對光的本性認識具有深刻的影響。維爾克斯光電盡全力為國內的相關應用團隊提供服務，希望在未來創造更多有價值的研究成果及應用。