分数阶光学涡旋是一种具有螺旋形的相位波前且中心光强为零,光束存在独特的径向缺口,有确定轨道角动量的特殊光束。这些特点使分数阶光学涡旋在粒子的操纵、光镊、量子信息编码等领域有重要的应用。因此,分数阶光学涡旋是近年来的研究热点。论文做了以下研究:首先,介绍了整数阶光学涡旋和分数阶光学涡旋的基本特性及几种特殊类型的光学涡旋。对空间光调制器生成分数阶光学涡旋做了详细阐述,并选择空间光调制器法作为实验室生成分数阶光学涡旋的主要方法。其次,采用含有道威棱镜的马赫增德尔干涉法来研究分数阶光学涡旋,通过一个简单的公式,就能测量整数阶和分数阶光学涡旋拓扑荷值,并且所测得的拓扑荷值最大可达到90。用三角孔衍射法测量了夫琅禾费衍射区的分数阶拉盖尔-高斯光学涡旋的拓扑荷值,通过数三角点阵外边上衍射点数来确定拓扑荷值。由于生成分数阶光学涡旋的图像稳定清晰,其在自由空间能够稳定的传播。研究了矢量波理论下,光束紧聚焦时分数阶高阶贝塞尔光学涡旋的性质。随着拓扑荷增量为0.1阶的拓扑荷的增加,涡旋光束电场分量不同,变化情况不相同。最后,研究了光学涡旋在图像处理中的应用。利用涡旋独特的核结构参数作为特征因子进行面内微位移的相关运算,在保证精度基本不变的情况下,计算效率至少提高了一个数量级。