We engineer an intensity square lattice using the Fraunhofer diffraction of a Laguerre-Gauss beam by a square aperture. We verify numerically and experimentally that a perfect optical intensity lattice takes place only for even values of the topological charge. We explain the origin of this behavior based on the decomposition of the patterns. We propose an analytical solution for these diffraction patterns at different values of topological charges and find the reason for the truncation difraction patterns with beam having OAM. We also study the evolution of the lattice formation by observing the transition from one order to the next of the orbital angular momentum varying the topological charge in fractional steps. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Construímos uma rede truncada usando a difração de Fraunhofer com feixes Laguerre-Gauss por uma abertura quadrada. Verificamos numericamente e experimentalmente que uma perfeita rede ótica de intensidades ocorre somente para valores pares de carga topológica. Explicamos a origem deste comportamento baseado na decomposição dos padrões. Propomos uma solução analítica para estes padrões de difração em diferentes valores de cargas topológicas e o utilizamos este resultado para descrever o motivo do truncamento dos padrões de difração com feixes possuindo MAO. Também estudamos a evolução da formação de redes pela observação da transição de primeira ordem para a próxima ordem variando as cargas topológicas fracionárias do momento angular orbital (MAO).

In this doctoral thesis we investigate several experiments exploring the light orbital angular momentum and the Fraunhofer diffraction of light. Our investigations goes from coherent propagation, continue through incoherent propagation, arriving at semiclassical states used to explore one fundamental problem in quantum mechanics, i. e., the Born’s rule. Therefore, concerning coherent propagation of light with orbital angular momentum, we were first involved with studies about Fraunhofer diffraction of this type of light, by a single slit and by a square aperture. In the former work we studied the Fraunhofer diffraction when the slit center is aligned with the vortex center and when it is out of the vortex center. Concerning the work related to the square aperture, we show that the diffraction by such aperture is not sufficient to characterize the topological charge. Continuing the works, we also investigate the Fraunhofer diffraction of light with orbital angular momentum of fractional topological charge in the real space. An interesting phenomenon, the birth of a vortex, was studied at Fraunhofer plane, showing new conclusions in the study of fractional topological charges. Our studies continued with the Fraunhofer propagation of vortices in incoherent light, unveiling strong correlations between incoherent vortices. Finally, we explored semiclassical aspects of light with orbital angular momentum. Firstly, the topological charge determination via the spatial probability distribution of detection of photons diffracted by a triangular aperture. After, the validation of the Born’s rule using diffraction, by three slits disposed in a triangular configuration, of photons with an extra phase, i. e., the azimuthal phase added to the path phase. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nesta tese de doutorado investigamos diversos experimentos que exploram o momento angular orbital da luz e a difração de Fraunhofer. Nossas investigações abrangeram desde propagação coerente, passando por propagação incoerente, chegando a estados semiclássicos usados para explorar uma questão fundamental da mecânica quântica, a saber, a regra de Born. Portanto, no que concerne à propagação de luz coerente com momento angular orbital, estivemos envolvidos primeiramente com estudos da difração de Fraunhofer deste tipo de luz, por uma fenda simples e por uma abertura quadrada. No primeiro trabalho estudamos a difração de Fraunhofer quando o centro da fenda está alinhado com o centro do vórtice e quando está deslocado do centro do vórtice. Quanto ao trabalho relacionado à abertura quadrada, mostramos que a difração de Fraunhofer por tal abertura não permite caracterizar a carga topológica. Prosseguindo os trabalhos, investigamos também a difração no plano de Fraunhofer de luz com momento angular de carga fracionária no plano real. Um interessante fenômeno, o nascimento de um vórtice, foi estudado no plano de Fraunhofer, mostrando novas conclusões nos estudos relacionados à carga fracionária. Nossos estudos continuaram com a propagação de Fraunhofer de vórtices em luz incoerente, revelando fortes correlações entre vórtices incoerentes. Por fim, exploramos aspectos semiclássicos da luz com momento angular orbital. Primeiramente, a determinação da carga topológica via distribuição de probabilidade espacial de detecção de fótons difratados por uma abertura triangular. Posteriormente, a validação da regra de Born utilizando difração, por três fendas simples dispostas na forma triangular, de fótons com uma fase extra, ou seja, a fase azimutal, adicionada à fase de caminho.