研究了无衍射光束成像系统对图像信息的携带情况。在入射的平面波中加入图像信息, 基于基尔霍夫衍射公式和菲涅耳衍射公式的角谱理论, 使用离散傅里叶方法描述图像经轴棱锥后在观察面的光强分布, 对图像面进行数据抽样并引入色散公式; 将离散傅里叶公式导入Matlab并设置参数模拟, 得到不同位置处的光强图。实验中, 利用蓝光LED发出光束经扩束后入射到含有信息的菲林片和轴棱锥上, 实验参数与数值模拟一致, 利用CCD观察结果, 对比模拟结果可知: 菲林片上的图像经轴棱锥后, 在传输100 mm内, 可以完整观察到图像信息, 图像大小会随距离的增加而减小。实验结果与数值模拟十分吻合。

研究了在无衍射光束成像过程中，相干和非相干光源对成像系统分辨率的影响。对于衍射受限的成像系统，利用衍射积分理论与傅里叶光学理论导出成像系统的点扩展函数（PSF）公式，对不同的PSF进行模拟比较，结果表明非相干光源下的PSF更加集中，成像质量更好。分别采用波长为632.8 nm的He-Ne激光相干光和中心波长458.5 nm、半峰全宽24.5 nm的蓝光发光二极管（LED）非相干光作为光源进行实验，并利用Zemax软件进行模拟。对比实验结果与数值模拟仿真结果：非相干光源下所成的条纹像粗细更加均匀清晰，分辨率更高。实验结果与理论分析及数值仿真模拟结果相吻合。

根据传统轴棱锥法产生Bessel光束的原理和凹透镜的几何光学效应, 设计并模拟了一套提高Bessel光无衍射距离的光学系统。利用凹透镜的发散特性, 将其分别放置在轴棱锥的前方与后方, 使用Math CAD软件进行模拟并与传统轴棱锥法进行比较, 得出结论: 在轴棱锥前方放置凹透镜使Bessel光的无衍射距离从244 mm增大至638 mm, 同时增大中心光斑半径。在轴棱锥后方放置凹透镜使Bessel光的无衍射距离从244 mm增大至406 mm。使用He-Ne激光作为光源进行实验验证, 实验结果与理论分析及仿真模拟基本一致。可根据实际要求选择凹透镜的曲率半径和位置, 得到无衍射距离较大、质量较高的Bessel光束。

设计了一种在非相干光源下利用轴棱锥产生的无衍射光束成像系统.基于衍射积分理论与点扩散函数推导出成像系统分辨率的表达式, 利用光学软件对无衍射光束成像系统的初始结构模型进行仿真, 并以蓝光LED作为光源, 将条纹状物体、透镜组以及轴棱锥等光学元件组合为成像系统进行实验.结果表明: 实验结果与理论分析相符, 即非相干光源无衍射Bessel光束成像系统利用无衍射光束的特性能够提高成像分辨率.

提出了一种产生长距离、高质量贝塞尔光束的新型光学元件——线性径向梯度折射率透镜(LRGIL)。从几何光学角度和衍射积分理论分析了LRGIL 产生贝塞尔光束的原理，用软件进行模拟，得出LRGIL 具有传统轴棱锥功效的结论。用Math CAD 模拟LRGIL 产生长距离贝塞尔光束，得出变化LRGIL 的厚度和折射率曲线参数容易改变其产生光束的无衍射距离，并得到了无衍射距离大于3 m 的贝塞尔光束。此外，LRGIL 还有诸多优点，如不易损坏，更加灵活等，在实验和生产中拥有极大的开发潜力。

提出并展示了产生单个可调局域空心光束的一种新型元件。该元件由光罩与平凸透镜组成，结构简单，易于生产。该元件可调制平行光产生参数固定的局域空心光束，通过更换光罩可在较大范围内实现局域空心光束的尺寸调谐。从应用光学角度分析了新型元件的成像原理，推出了产生局域空心光束的参数公式。依据衍射积分理论推导出了元件后方的光场分布公式并用Matlab 进行数值模拟，使用He-Ne 激光作为光源，实验拍摄了局域空心光束的截面光强分布，实验结果与仿真模拟基本吻合。