涡旋光束是一种新的光束类型。涡旋光束的相位具有连续螺旋状结构,具有相位奇异性,因此也有人称涡旋光束为螺旋光束。由于其特殊的波前相位结构使得涡旋光束相比其他光束具有很多优势。近几年涡旋光束在光镊、光纤维操作、激光通信、生物医学、原子分子光学等领域有了广泛的应用。对涡旋光束的各种特性研究成为了一个热点。涡旋光束的拓扑荷数是涡旋光束的一个重要的属性,拓扑荷数是区分不同涡旋光束的一个重要特征。本文的工作重点就是对涡旋的光束的拓扑荷数测量方法进行了理论研究。本文第一章为了能深入的研究涡旋光束的拓扑荷数,本文首先对涡旋光束作了简要的概述,介绍了涡旋光束的发展历史以及研究现状。本文第二章介绍了涡旋光束的相关理论基础,说明了涡旋光束携带有轨道角动量,并且角动量的大小取决于拓扑荷数的大小。系统的总结了产生涡旋光束的常用方法以及近些年研究发现的测量涡旋光束拓扑荷数的方法。重点介绍了Mach-Zehnder干涉法、计算全息图法、涡旋光束与平面波干涉法、杨氏双缝干涉法、环带傅里叶变换法来测量涡旋光束拓扑荷数的原理、实验装置及相关的实验结果。本文第三章将图像识别的技术应用的涡旋光束拓扑荷数测量上,针对环带傅里叶变换法进一步处理,采用机器识别方法,直接计算出涡旋光束拓扑荷数大小。说明了图像处理的流程。图像二值化过程中采用了最大类间方差算法,针对图像的特殊性设计了新的圆环识别算法,算法设计的思路和流程图和相应的仿真结果,证明了方法的可行性。本文第四章主要设计了一种改进的的测量涡旋光束拓扑荷数测量方法。首先对改进的测量方法的的理论分析。详细介绍了设计的思路来源设计出测量方法。然后把其方法利用到涡旋的拓扑荷数测量上。然后利用夫琅禾费衍射理论进行了推理证明,证明了方法的可行性。随后对不同情况的入射涡旋光束进行了分析证明以及探讨了单缝的角度对测量结果的影响,给出了相关的仿真结果,证明了方法的可行性。通过改变参数设计分析了离轴涡旋光束中心偏移距离和测量结果的关系,涡旋光束拓扑荷分布对测量结果的影响,验证了单缝角度对测量结果的干扰,并说明角度为0.02π可以满足绝大多数测量的情况。