涡旋光束因其特殊的波前结构,在光通信、生物医学、量子信息等方面具有重要的应用前景,是当今国际上一个研究热点。在相同环境条件下,降低光束相干性在光传输、光学捕获、原子冷却中具有优势。部分相干涡旋光束结合两种光束优点在众多领域更具吸引力。目前,部分相干涡旋光束的实际应用处于初级阶段,空间相干结构对光束的传输特性、拓扑荷数测量以及光学捕获特性具有重要影响。在此背景下,本文以部分相干修正贝塞尔高斯光束、部分相干复宗量拉盖尔高斯光束、部分相干反常涡旋光束为例,分别对部分相干涡旋光束在梯度折射率介质中的传输演化特性,低相干度下的涡旋结构（拓扑荷数）测量方法以及作用于不同瑞利粒子的辐射力进行系统研究。主要内容和创新点如下:1.研究了部分相干涡旋光束在梯度折射率介质中的传输特性。基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式以及梯度折射率介质的ABCD矩阵表达式,推导出部分相干修正贝塞尔高斯光束在梯度折射率介质中的交叉谱密度函数表达式,研究了光束在梯度折射率介质中的传输轨迹、光强与相位分布等。研究结果表明:部分相干涡旋光束在梯度折射率介质中的传输轨迹呈现先聚焦后发散的周期性演化规律。当经过半周期整数倍时,涡旋相位旋转方向反向。当位于半周期整数倍时,涡旋相位结构与初始相位结构相同。梯度折射率因子仅影响传输周期,相干参数、拓扑荷数影响束腰宽度及暗中空面积。光学涡旋在传输中不发生分裂现象。研究结果揭示了部分相干涡旋光束在梯度折射率介质与自由空间中传输特性不同。选择合适参数的梯度折射率介质能够对部分相干涡旋光束实施光场变换。涡旋相位在梯度折射率介质中的传输演化规律,为远距离光通信提供了理论依据。2.提出了一种测量部分相干复宗量拉盖尔高斯光束拓扑荷数的新方法。基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式,推导出部分相干复宗量拉盖尔高斯光束的交叉谱密度函数表达式,研究了光束在远场处复相干度的特殊结构分布以及影响因素。研究结果表明:部分相干复宗量拉盖尔高斯光束的远场复相干度成明暗相错环状分布,暗环个数N与拓扑荷数|l|一一对应,而与径向指数p无关。通过数学推导以及实验测量,均证实了这一发现,从而提出测量该光束的拓扑荷数新方法。该方法在低相干度下具有结果清晰、观测简单等优点。研究结果揭示了该光束的复相干度振幅分布与拓扑荷数之间具有一一对应关系:N=|l|,发现了部分相干复宗量拉盖尔高斯光束与部分相干标准拉盖尔高斯光束的关联结构不同。研究结果为部分相干涡旋光束在光通信、光捕获领域提供理论依据。3.研究了部分相干反常涡旋光束的聚焦光场特性及对介质瑞利粒子的辐射力。基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式,推导出部分相干反常涡旋光束在焦平面处的交叉谱密度函数表达式,研究了光束在焦平面附近的光场演化特性以及影响因素。基于瑞利散射理论,研究了光束对介质瑞利粒子的辐射力以及影响因素。研究结果表明:部分相干反常涡旋光束在焦平面附近具有极强的光束整形能力,联合调制拓扑荷数、光学阶数、相干长度,形成空心、平顶、实心光强分布。在焦平面处,利用实心光强分布能够三维捕获高折射率介质瑞利粒子。在偏离焦平面处,利用空心光强分布能够横向捕获低折射率介质瑞利粒子。调节光学阶数、拓扑荷数、相干长度等参数,辐射力大小及捕获范围可被调节。在一定尺寸范围内的介质瑞利粒子能够被部分相干反常涡旋光束稳定捕获。研究结果揭示了部分相干涡旋光束具有众多光场调节参数以及特殊聚焦光场演化特性,并且利用该特性能够捕获不同折射率的介质瑞利粒子,为“粒子筛选”提供了重要途径,为新型光镊技术提供理论依据。4.研究了部分相干圆偏振反常涡旋光束的紧聚焦光场特性及金属瑞利粒子的辐射力。基于矢量衍射理论和部分相干理论,推导出紧聚焦部分相干圆偏振反常涡旋光束的交叉谱密度函数表达式,研究了紧聚焦部分相干涡旋光束的光场分布以及影响因素。基于瑞利散射理论,研究了紧聚焦部分相干涡旋光束对金属瑞利粒子的辐射力及影响因素。研究结果表明:自旋方向、拓扑荷数、数值孔径等参数影响紧聚焦后光强分布。相干长度、光学阶数、束腰宽度仅改变光强值,不改变光强分布。紧聚焦后光束在轴向方向,自旋角动量转换为轨道角动量,影响轴向光强分布。选择合适光学参数,紧聚焦部分相干圆偏振反常涡旋光束可捕获金属瑞利粒子。调节拓扑荷数、光学阶数可改变辐射力大小。研究结果为新型光镊技术提供理论依据。