涡旋光束是一种传输过程中呈现漩涡状相位、中空分布的特殊光束。由于涡旋光束的光场表达式中有螺旋相位项而且光束的每个光子都携带携带轨道角动量,使得其在与物质相互作用、自由空间传输、非线性光学中都展现出了独特的性质。因此,它在微粒的多维操纵、自由空间光通信、激光加工等领域拥有着巨大的应用前景,近些年受到人们的广泛关注与研究。目前将涡旋光束与宽光谱短脉冲相结合,对短脉冲进行相位调制,产生宽带超短涡旋脉冲是涡旋光研究的重要研究方向之一,得到的具有涡旋特性的短脉冲将会为高强度场物理实验、超快非线性光学、精密激光材料加工等前沿科学领域提供前所未有的科研条件和工具。同时,这些领域的发展也对宽光谱超短涡旋脉冲提出了越来越多的新要求。论文的主要工作有以下几个部分:1.通过文献调研,对涡旋光束的发展历史、应用领域以及宽带涡旋脉冲产生的研究现状进行了详细介绍。2.从麦克斯韦方程出发,推导了厄米高斯光束与拉盖尔高斯光束的数学表达式,进而从本质上解释了两种光束相互转化的原理,并对他们在源平面处的光场分布进行了数值模拟。介绍了涡旋光拓扑荷的检测方法——干涉法,对涡旋光与平面波、球面波的干涉过程进行了数值推导,并数值模拟了他们的干涉图样。3.论文详细介绍了七种宽带超短涡旋脉冲的产生方案,解释了其中关键光学转化元件的原理,对各个方案的优缺点进行了对比分析,并以此为依据设计了一种基于CPA激光装置的宽带超短涡旋脉冲产生方案。4.建立了拉盖尔高斯光束在自由空间传输的物理模型,对拉盖尔高斯光束在自由空间的传播过程进行了数值模拟;研究了拉盖尔高斯光束在自由空间传播过程中的光斑扩散情况,以及它的相位分布情况,用于与宽带超短涡旋脉冲在自由空间中的传输特性进行对比。5.从麦克斯韦方程出发,推导得到了超短脉冲通过螺旋相位板前后的物理模型。通过数值模拟,研究了螺旋相位板产生的宽光谱超短涡旋脉冲的脉宽展宽情况、自由空间传输过程中光场的分布情况,并设计了相关的验证实验。