根据麦克斯韦的经典电磁场理论，电磁场同时载有能量和动量，其动量包括线动量和角动量.电磁场的总角动量可以分解为两个部分：一是与空间分布有关的轨道角动量；一是与偏振有关的自旋角动量.本文主要研究光子的角动量问题及其属性，包括高斯-拉盖尔模的特性及其产生方法，高斯-拉盖尔模光束在介质中的洛仑兹力及其力学效应，参量下转换中光子的轨道角动量守恒与纠缠，以及单光子轨道角动量的测量等.论文提出了单光子轨道角动量和偏振量子受控非门的设计方案，研究了空间模式的双光子经过分束器干涉的性质，并进而提出了验证参量下转换以及Bell态双光子之间的轨道角动量纠缠的实验方案. 当光场存在独立的方位角相位因子exp(ilφ)(l为整数)时，每个光子的自旋角动量为σzh，轨道角动量为lh，总角动量为(l+σz)h.自旋角动量是光束的内禀属性，与坐标的选择无关.而轨道角动量与坐标轴的选取有关，为光束的外禀属性. 高斯-拉盖尔模具有螺旋形相位波阵面.由柱面透镜组成的π/2模式转换器可以将高斯-厄米模转换成相应的高斯-拉盖尔模.而由柱面透镜组成的π模式转换器可以将高斯-拉盖尔模螺旋形波阵面的旋转方向(左旋和右旋)进行反转.计算机生成全息片也可以用来生成高斯-拉盖尔模.螺旋相位片可以把一束非螺旋光束转变成螺旋光束，也可以改变螺旋光束的螺旋结构. 论文还介绍了高斯-拉盖尔模光束在介质中的洛仑兹力及其力学效应.高斯-拉盖尔模光束和半无限大有损介质相互作用时，高斯-拉盖尔模光束的线动量和角动量转移给了介质.高斯-拉盖尔模光束可以实现粒子囚禁，这一力学效应称为“光学镊子”.同时光束的轨道角动量转移给被囚禁的粒子，从而对粒子产生一个力矩，使粒子旋转起来，这一力学效应称之为“光学扳手”. 量子场自发参量下转换中泵浦光和下转换光光子的轨道角动量是守恒的，受激参量下转换中泵浦光和下转换光光子的轨道角动量也是守恒的.同时，参量下转换中下转换光子的轨道角动量是纠缠的. 我们用单光子的轨道角动量和偏振作为量子比特设计了两种受控非门：偏振受控非门和轨道角动量受控非门.这两种受控非门都是确定的.通过轨道角动量受控非门可以得到四比特Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态，利用偏振受控非门和轨道角动量受控非门还可以实现交换门.由于光子的轨道角动量纠缠通常是高维的，它可以增加量子密码和量子信息的通信信道，因而它将在量子密码和量子信息中具有潜在的应用价值.而且，在我们的设计方案中所用到的光学元件和实验设备都是常用的.因此，我们的设计方案将对量子信息的发展具有潜在的意义. 我们研究了空间模式的双光子角谱函数在分束器干涉中的作用.当双光子角谱函数满足对称性条件时，经过分束器发生“完全结合干涉”；当双光子角谱函数满足反对称性条件时，经过分束器发生“完全反结合干涉”.非纠缠态的符合测量几率满足Pc≤1/2，也就是说，非纠缠态不存在反结合干涉.因而，双光子在分束器中的“反结合干涉”可以作为检验光子之间空间模式纠缠的判据.我们利用改进的Mach-Zehnder干涉仪在不改变双光子纠缠的情况下，验证了参量下转换以及Bell态双光子之间的轨道角动量纠缠.该方案要比检验贝尔不等式的方法更简单和直接.此外，利用这一装置还可以辨别四个Bell态.