涡旋光束,是带有轨道角动量的光束,因其具有特殊的螺旋相位结构而被广泛的应用于小粒子与原子的捕获、经典与量子通讯技术、光学成像以及生物医学等领域。自Allen发现涡旋光束携带轨道角动量这一特性之后,随着对轨道角动量光束的进一步深入研究,使得人们对轨道角动量的研究热情迅速高涨。为了设计出能够产生轨道角动量光束的光学器件,来满足轨道角动量光束的实际应用,人们分别在不同的波段设计了不同的光学器件来产生轨道角动量光束,常用的光学器件有:螺旋相位板、空间光学调制器、计算全息图、超表面以及人工表面等离激元结构等一系列的方法,而本文基于变换光学与人工表面等离激元结构的研究设计了两种结构也用于产生涡旋光束,研究如下:一、本文基于变换光学的方法,设计了平板式螺旋相位板。传统的螺旋相位板是阶梯型的,其介质材料的折射率是不变,但是沿着方位角方向的高度却逐渐递增的螺旋相位板。而平板式螺旋相位板是在传统螺旋相位板的基础上设计的,利用坐标变换将传统螺旋相位板变为沿着方位角方向的高度保持不变,但折射率却逐渐递增的螺旋相位板。本文是利用理论分析以及数值模拟的方法来验证平板式螺旋相位板是否能够达到传统螺旋相位板的效果,通过改变介质材料的折射率来调节螺旋相位板的高度以及产生的轨道角动量光束的拓扑荷。利用数值模拟发现平板式螺旋相位板产生的轨道角动量光束与传统螺旋相位板一样。通常为了满足实际应用的需要,还可以将平板式螺旋相位板进行叠加来获得不同拓扑荷的轨道角动量光束。二、本文基于人工表面等离激元结构设计了一个具有手性结构的金属螺旋天线,即在金属圆柱表面刻蚀螺纹结构,实现在太赫兹频谱的涡旋光束辐射。可以通过改变天线的结构参数来对涡旋光进行调节。螺旋天线是通过电偶极子激发产生涡旋光束的,通过数值模拟与理论分析,改变天线的螺纹深度、天线的长度以及电偶极子激发的位置能够调节涡旋光束。改变螺旋天线的结构参数使得天线对电磁波的束缚加强,便于得到更好的涡旋光束。