为了研究J0相关径向偏振涡旋光束深聚焦的相干特性, 采用矢量德拜理论和相干理论, 对聚焦场在光轴和焦平面上的相干特性进行了理论分析和数值仿真, 取得相干度表达式和模拟数据。结果表明, 在焦点区域的纵向相干度不但随着拓扑荷数n的增加而增大, 而且还随着相干参量或者数值孔径dNA的增大而减小; 在焦平面的横向相干度也随着拓扑荷数或者相干参量或者数值孔径的增大而减小;当n≥5或者dNA≤0.4时, 纵向相干度在焦点附近约为1;这种相干度还存在相位异常点。这些研究结果对J0相关矢量涡旋光束在许多领域的应用具有一定意义。

深聚焦；J0相干；涡旋光束；偏振

基于惠更斯菲涅耳衍射原理，以及相干与偏振的统一理论，研究了矢量随机电磁光束经圆环的衍射特性。研究表明在衍射场，随机电磁光束的光强分布、相干度以及偏振度分布都与圆环的拦截比以及光束的起始相干度有关。经衍射后随机电磁光束的光强分布出现奇特的链式分布，且链环存在逐级放大。入射光束起始相干度在x向与y向相等时，衍射光束的相干度和偏振度与入射光束是一样的，在衍射场光束的相干度和偏振度均匀分布。而当入射光束起始相干度在x向与y向不等时，衍射光束的相干度和偏振度与光强一样，在衍射场光轴上存在振荡，对比光强、相干度以及偏振度在衍射场光轴上的分布发现，在衍射场衍射光束光强分布为极大值时，相干度与偏振度反而为极小值。

基于van Cittert-Zernike定理，从理论上计算出大功率单色发光二极管(LED)辐出光，在空间中传输后的空间相干性分布。计算结果表明，自发辐射的LED光源其辐射光在空间中传输后，由非相干光变为部分相干光，且其空间相干性与LED芯片的结构有关。实验上采用双缝干涉对LED辐射光的空间相干性进行测量，由干涉条纹的可见度与两点间的相干度之间的关系得出，非相干LED光源的辐射光在传输后为部分相干光。而采用间隔可调的双缝干涉测量两点间的相干度后发现，LED的芯片发光区域决定了其辐射光在传输中的空间相干性分布。理论计算的空间相干性分布与实验测量结果基本吻合。

应用部分相干理论推导了部分相干贝塞尔涡旋光束经过透镜聚焦后的光强分布表达式。在雷利散射范围内,利用光作用在介质球上的梯度力和散射力公式,主要讨论了拓扑荷数、相干长度、参数α以及介质球的大小选择对于梯度力和散射力的影响。数值模拟结果表明,作用在介质球上的梯度力和散射力随着拓扑荷数、相干长度或参数α的增大而减小。当拓扑荷数为0,1时,稳定的3维光阱能被获得,并且能被应用于操控折射率低于周围媒介的粒子。

根据部分相干光的传输理论, 研究了部分相干高斯-贝塞尔涡旋光束通过光阑透镜聚焦后的传输和空间相关性质.数值计算结果表明, 涡旋暗核的大小和焦平面上的光谱相干度都取决于入射光的拓扑电荷n、截断参量δ、相对相干长度σg和参量α.当选择适当的参量, 在几何焦点附近会出现局域空心光束.研究还发现在焦面上光谱相干度会产生一个或多个的相位奇点(相干涡旋), 而且拓扑电荷和相对相干长度会对相干涡旋的位置和个数产生影响.在相干极限下, 相干涡旋可逐渐演变为光学涡旋.

研究了平面波经过螺线型相位板后产生的涡旋光束, 经双缝干涉后在干涉场中干涉条纹的分布情况。详细介绍了涡旋光束的拓扑荷数对干涉条纹分布的影响。发现同平面波的竖直干涉条纹相比较, 涡旋光束的干涉条纹, 从顶部向底部看去, 沿着横向出现移动, 并且移动的大小和方向与拓扑荷数的取值有关。通过观测干涉条纹, 可以得到涡旋光束的拓扑荷数。涡旋光束由于携带轨道角动量可应用于新型的光信息编码与传输, 研究结果可望在这种新型的光信息编码与传输中得到应用。

从部分相干光束的传输定律出发，得到了部分相干光束刀边衍射时的远场光谱的表达式。根据该表达式对衍射场中的光谱进行了理论研究。研究的结果表明：衍射场中的光谱将随着观察点位置而改变，并且对于固定观察点，其光谱将随着相对空间相干度以及光束透过率的变化而变化。

基于部分相干光的传输理论,研究了部分相干平顶高斯光束通过球差透镜聚焦后轴上点的光强分布.数值计算表明:轴上最佳聚焦点随着球差从负到正的变化而向几何焦点方向移动;光束阶数越大,实现最佳聚焦点越过几何焦点所需的正球差值越小;正负球差对应的最佳聚焦点始终分居于无球差时最佳聚焦点的两侧;轴上最佳聚焦点的光强随着球差从负到正的变化而变小;当正负球差绝对值较大时,光强随球差的变化较为缓慢,而在球差值为0附近,光强随球差的变化比较剧烈.

从几何成像规律和交叉谱密度函数的传输定律出发,从理论和实验两方面研究多色谢尔模型光束经单缝衍射后光场的光谱变化现象.理论研究结果表明:部分相干光谱经单缝衍射后,在衍射光场的某些点,光谱相对于光源的光谱往短波方向移动,即为蓝移;而在衍射光场的另一些点,光谱呈现红移.实验结果与理论结果符合得很好.