部分相干涡旋光束,相较于完全相干涡旋光束或普通的部分相干光束具有更低的光束闪烁、漂移以及更强的自修复能力。还具有一些新奇特性,如关联函数中存在关联奇点（环形位错）。通过测量关联奇点的数目或方向,就可以直观判定其所携带的拓扑荷大小或方向。对部分相干涡旋光束的相干度或拓扑荷数的调制,可以实现远场或聚焦场光强整型,在粒子俘获、微粒操控、材料处理、图像恢复、自由空间光通信等领域具有广阔的应用前景。目前对部分相干涡旋光束的研究还不够深入,例如:拓扑荷的测量方法不够完善;实际应用亟待挖掘。基于此,本论文对部分相干涡旋光束的基本模型、传输特性、拓扑荷的测量及其应用进行了详细研究。首先,研究了部分相干光束关联函数的测量。介绍了利用叠加完全相干光束测量部分相干光束复相干度函数的实部和虚部信息的方法;介绍了双关联函数的实验测量方法。这两类测量方法为部分相干涡旋光束拓扑荷的测量奠定了基础。其次,对部分相干涡旋光束的模型和传输特性进行了详细研究。介绍了部分相干涡旋光束的基本模型及其在不同光学系统中的传输特性。计算了部分相干LG_ol经过各向异性光学系统,电磁高斯-谢尔模涡旋光束在自由空间中的传输;对部分相干涡旋传输中的光束强度、相干结构、偏振度和偏振态进行了深入探讨。研究表明,对部分相干涡旋光束的相干度、偏振度和拓扑荷数的调制,可以实现其远场或聚焦光场强度、偏振度和偏振态的整型;部分相干涡旋光束关联函数具有良好的自修复,随着相干度的降低而自修复能力逐步增强。这为部分相干涡旋光束的应用提供了理论指导。此外,介绍了部分相干涡旋光束的实验产生方法。利用螺旋位相板和空间光调制器实验产生了如:电磁高斯-谢尔模涡旋光束、相干格子涡旋光束等;介绍了仅仅利用空间光调制器产生部分相干涡旋光束的新方法。为部分相干涡旋光束的应用打下基础。介绍了部分相干涡旋光束拓扑荷大小和方向的实验测量。实验测量了部分相干LG_pl光束在自由空间传输的关联函数。实验表明:该光束在聚焦平面上的交叉关联函数和双关联函数的环形位错数分别为N_c=2p+|l|,N_d=p,因此部分相干LG_pl光束的拓扑荷数|l|=N_c-2N_p;即使当光束源被不同扇形障碍物遮挡,仍能精确测量。对部分相干LG_0l光束经过两个相互垂直的柱透镜系统后的关联函数测量了,实验结果表明:在特定传输距离上的关联函数,其条纹数目等于拓扑荷的大小;其条纹指向左上或右上,分别表示拓扑荷为正或负。最后,探索了部分相干涡旋光束应用。实验研究了电磁高斯-谢尔模光束在自由空间中的鬼成像;测量了部分相干高斯-谢尔模涡旋光束经过热湍流的闪烁指数和鬼成像。研究表明,鬼成像质量和可见度受光束源相干度和偏振度的调制;而部分相干涡旋光束能够有效的减小热湍流引起的闪烁指数,并能一定程度的提高鬼成像分辨率,这一优势随着拓扑荷的增加愈发明显。这在自由空间的光通讯、图像的传输等方面有潜在的应用价值。