菲涅尔波带片体积小重量轻,具有独特的聚焦特性,它不仅可适用于可见光波段,还适用于X射线和极紫外线等非可见光波段,在X射线显微技术、光刻等领域被广泛应用。涡旋光束是一类波前呈螺旋形状的光束,具有轨道角动量,光束中心因相位不确定或发生突变而产生奇点,且奇点处光强为零,被广泛应用于光学微操纵、信息通讯等领域。本论文主要对方形螺旋波带片的衍射特性进行研究,并探索方形光学涡旋的潜在应用。论文的主要内容如下:1.首先介绍了波带片的发展历程和国内外的相关研究工作,然后介绍了本课题使用的标量衍射理论,其中菲涅尔基尔霍夫衍射将作为本篇论文模拟部分的理论支撑。接下来介绍方形分形波带片和方形螺旋波带片。详细介绍了方形螺旋相位波带片的设计原理和衍射特性。2.提出了一种基于Cantor分形结构的新型振幅-相位复合型波带片,方形分形螺旋相位波带片。该波带片可实现轴上多焦点方形涡旋光束的产生。首先介绍了方形分形螺旋相位波带片的设计原理,并对其衍射性质进行数值模拟计算,该波带片的衍射特性随拓扑电荷数周期性变化。3.在方形螺旋波带片基础上,通过对其环带进行切割和随机排列,得到一种可抑制高阶衍射的方形螺旋单焦点波带片。可见光波段光学实验验证,方形螺旋波带片能够产生一束单聚焦方形光学涡旋的激光束。单焦点涡旋光束为实现精确粒子操控等应用的实现提供了可能。