基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式, 以LohmannⅠ型光学系统为例, 推导出Bessel光束通过含光阑的球差分数傅里叶变换系统后的场分布表达式, 通过数值模拟计算了Bessel光束在理想分数傅里叶变换系统中的传输特性以及光阑和球差对光束传输的影响规律。研究表明: Bessel光束通过分数傅里叶变换系统后不再保持其传输不变性; 系统只含光阑时, 可在常规傅里叶变换面上获得空心光束; 系统同时存在光阑和球差时, 正球差下输出面可获得聚焦性更好、中心光强更强的光束; 光阑较小时, 轴上光强分布主要受光阑影响, 光阑达到一定数值后, 轴上光强分布主要受球差影响。

实际应用中球差作为一种普遍存在的像差，对光束在光学系统中的传输具有较大影响。为了研究球差对光束通过分数傅里叶变换系统后所产生的影响，基于柯林斯公式，推导出余弦高斯光束在有球差和无球差的分数傅里叶变换系统中的场分布，并以Lohmann Ⅰ型系统为例，进行数值模拟计算，研究了余弦高斯光束通过有球差和无球差的分数傅里叶变换系统后输出面的横向光强分布规律以及不同变换阶数和不同调制参数下轴上光强大小与球差系数的关系。结果表明，在分数傅里叶变换系统中，透镜球差对输出面横向光强分布有较大影响，并且正球差和负球差对横向光强的影响效果有明显区别。不同变换阶数和不同调制参数下透镜球差对轴上光强的作用效果不同。

在傍轴近似条件下，基于广义惠更斯菲涅耳衍射积分公式，推导了双曲正弦平方高斯光束在自由空间、左手平板材料中及通过左手平板材料后的三维光强传输公式，并进行数值计算和分析，探究了双曲正弦平方高斯光束通过左手平板材料的传输特性。研究表明，左手材料对双曲正弦平方高斯光束轴上光强和横向光强分布规律的影响是使光强呈对称分布；材料的负折射率会影响光束轴上光强极大值的位置；轴上光强和横向光强均随传输距离和偏心参数的改变而变化，即双曲正弦平方高斯光束不能保持其传输不变性。实际应用中，可用改变偏心参数的方法在不同位置对光束进行整形。

为了研究双曲余弦高斯光束在左手平板材料中的传输特性, 运用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式, 推导出双曲余弦高斯光束在左手平板材料中的一般传输解析表达式。利用此表达式数字模拟了左手平板材料工作频率的变化对光束传输特性的影响。结果表明: 双曲余弦高斯光束的中心光强、横向光强和光斑尺寸都可以用左手平板材料的工作频率来调控。随传输距离的增加, 中心光强逐渐加强; 在同一传输面上工作频率越大, 中心光强越强。横向光强随工作频率的增大而增加, 并且出现空心分布, 光斑尺寸在加速扩展。

为了研究梯度折射率介质对复变量双曲正弦高斯光束的传输影响,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法推导出了复变量双曲正弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输场,运用空间二阶矩的定义解出了光斑尺寸及其变化率的表达式,并进行了数值模拟分析.结果表明,光斑尺寸及其变化率随传输距离的增加呈周期性变化,周期由折射率系数决定;随光束参量的改变,光斑位置不变,周期性不变,但是光斑尺寸的振荡幅度要发生改变;通过调整这些参量,可以改变光斑尺寸及其位置.此项研究对大功率半导体激光器等方面的开发应用有帮助.

为了研究复变量双曲正弦高斯光束在左手材料中的传输,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,得到复变量双曲正弦高斯光束在左手材料中的传输表达式,并运用此表达式作数值模拟。仿真结果表明,复变量双曲正弦高斯光束的横向光强、光斑尺寸和束腰位置都可以用左手材料的工作频率来调控。当左手材料的工作频率一定时,随着传输距离的增加光斑尺寸先减小后增大;而当工作频率增大时,光强加强,束腰位置越靠近入射面,但发现束腰宽度不受工作频率的调控。

为了研究左手平板材料对正弦高斯光束的光斑影响，利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法得到了正弦高斯光束的光斑分布表达式，并利用此表达式对光斑进行了数值模拟，结果表明：正弦高斯光束在左手平板材料中传输时，光斑尺寸的聚焦位置是光束束腰的位置，束腰位置受左手平板材料的折射率影响，束腰宽度与材料的折射率无关，并且发现左手平板材料内部和像空间的光斑尺寸随偏心参数变化规律相似。此项研究对光场操控方面应用有帮助。

为了研究梯度折射率介质中双曲余弦高斯光束的束腰及其位置，推导出了双曲余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输场，并运用空间二阶矩的定义解出了光斑尺寸、束腰宽度及位置的表达式，讨论了梯度折射率介质对双曲余弦高斯光束的光斑尺寸、束腰宽度及位置的影响。研究结果表明：梯度折射率介质中光斑尺寸随传输距离的增加出现了周期性变化，周期由折射率系数决定；随偏心参数的增大，束腰宽度先逐渐减小再逐渐增大后趋于稳定；并且发现偏心参数决定光斑尺寸振荡幅度。

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法，对梯度折射率介质中的厄米余弦高斯光束传输特性进行了研究，得出了在梯度折射率介质中厄米余弦高斯光束的光场表达式，并利用此表达式作数值模拟，研究了梯度折射率介质对厄米余弦高斯光束传输特性的影响。结果表明：光强在轴上分布呈现空间周期性变化，最大光强位置与梯度折射率系数β 有关；随着调制参数α 的增大，轴上最大光强逐渐减小而且出现了空心分布。在同一传输面上横向光强随梯度折射率系数β 增加，先增大后快速减小；并且发现调制参数α 变大，光强不变，但是束腰宽变窄。

采用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式推导出厄米-余弦-高斯光束通过负折射率平板材料的传输公式，并利用其解析式进行数值计算和分析。研究结果表明：负折射率平板材料中的负折射率只影响光束的两次聚焦位置；光束参数不仅会改变厄米-余弦-高斯光束的轴上光强分布，还会改变横向光强的分布，但对厄米-余弦-高斯光束轴上最大光强和横向最大光强的位置均没有影响。