角动量是经典和量子力学中最基本的物理量之一,激光光束的角动量由自旋角动量和轨道角动量组成。光轨道角动量与光相位结构的旋转相对应,揭示了与自旋完全不同的光的另一种自由度,因此备受关注。目前,基于光轨道角动量的应用已在显微成像、目标探测、光通信、射频通信等领域取得了令人瞩目的进展,但同时也存在许多的问题需要解决,光轨道角动量的产生就是其中最根本的一个问题。手征光纤光栅在产生光轨道角动量方面具备独特的灵活性和有效性,相关理论与实验工作很值得关注。此外,由于携带轨道角动量的光束能通过干涉产生独特的干涉图案,也引发了学者对于其传感机制的思考,并初步展示了它在传感领域的应用潜力。因此,本论文将以手征光纤光栅为基础,研究光轨道角动量的产生平台,并对以该平台为基础的应变传感系统进行分析与设计。首先,从耦合模理论出发,推导得到手征光纤光栅模式耦合的轨道角动量转换规则。在此基础上,进行一阶和二阶光轨道角动量产生方案的设计,着重探讨手征光纤光栅的设计方法和光栅参数误差对光谱特性的影响。在此之后,对产生与检测光轨道角动量的实验平台进行总体的设计,并开展平台的搭建工作。其次,对基于光轨道角动量的应变传感机制进行理论分析,阐述这种应变测量方式的可行性并设计出传感系统的原理方案图。继而我们将以地震前兆预测的分辨率要求作为背景需求,结合数字图像处理技术,对轨道角动量量子数为1时的传感特性进行深入分析,确定其优越的传感性能。此外,还对轨道角动量量子数变化时传感特性的变化情况进行比较分析,确定其量子数设置的最优方案。最后,在上述分析的基础上,对传感系统的具体设计进行考虑。轨道角动量光束的产生采用基于手征光纤光栅的方案来实现。我们对传感臂单模光纤长度范围和系统工作波长范围的选取均进行了深入分析,以保证系统的有效工作。并就温度应变交叉敏感以及探测极限等问题,讨论了传感系统的改进方案。