基于惠更斯菲涅耳衍射积分理论，对半高斯激光束在自由空间的传输特性进行了详细的理论研究，得到了二维半高斯激光束在自由空间传输时的光强分布计算表达式。数值计算结果表明半高斯激光束在自由空间传输时，在近场有很好的传输稳定性，当传输距离继续增大时，半高斯激光束的最大光强值不断降低，衍射条纹逐渐增多，同时上升沿宽度慢慢展宽，最后在远场转化为对称性光束。数值计算结果还发现对称性越好的半高斯激光束其传输稳定性越好。

研究了截断部分相干双曲余弦高斯光束在非Kolmogorov湍流中的传输。基于广义惠更斯菲涅耳原理，推导了截断部分相干双曲余弦高斯光束在非Kolmogorov湍流中传输的光强分布和桶中功率的解析表达式。通过数值模拟，研究了截断光束参数和非Kolmogorov湍流参数对传输性能的影响。研究结果可以为实际的工程应用如远程遥感和自由空间通信等提供一定的参考。

采用Weniger变换法消除了Lax级数场的发散性，获得收敛的Weniger变换场(WTF)。通过与严格满足麦克斯韦方程组的数值电磁场相比较，比较了不同聚焦尺寸下Weniger变换场和复源点球面波场(CSPSWF)的准确性。计算结果表明，当光束聚焦半径大于2.23倍波长时，两者是一致的，而当光束聚焦到更小尺寸时，Weniger变换场更为准确。

基于Kogelnik一维耦合波理论以及离散傅里叶变换,分析反射型体光栅对一定时、空域分布的激光光束的衍射特性,给出衍射光束在时、空域光强分布的表达式;模拟计算体光栅对超短脉冲高斯光束的衍射效果,给出衍射光束时、空域光强分布与光栅各参量的变化关系。结果表明,提高光栅的折射率调制度或适当选择光栅的周期,可增加反射型体光栅的角谱和光谱衍射带宽;增加光栅的厚度,可以使体光栅具有较高的衍射效率;此时,当超短脉冲高斯光束的中心波矢满足体光栅布拉格条件入射时,衍射光束的时、空域光强分布与入射光束的分布基本一致,衍射效率高达95%以上,这给反射型体光栅对超短脉冲高斯光束的空间低通滤波提供了理论指导。

采用傅里叶频谱分析法, 将超短脉冲高斯光束展开为单色单角谱成分的线性叠加; 利用Kogelnik一维耦合波理论, 分析透射型体光栅对各单色单角谱成分的衍射特性; 再通过逆傅里叶变换得出衍射光波的时空分布与光栅各参量的对应关系。结果表明：衍射光束在时域以及在光栅波矢与光栅前表面法向所构成平面内的空域光强分布随光栅周期的减小而呈展宽趋势, 且在空域的展宽趋势较为迅速, 与入射光束在空域进行比较, 衍射光束空域分布发生非常明显的畸变; 衍射光束在时域以及在光栅波矢与光栅前表面法向所构成平面内的空域光强分布随光栅厚度的增大亦呈展宽趋势, 且展宽速度相当, 与入射光束在时域和空域比较, 均发生了较明显的畸变。

根据亥姆霍兹－基尔霍夫积分，对菲涅尔波带片的高斯激光场在轴向、径向强度分布进行了理论分析，研究了高斯激光束照射下波带片的衍射场规律．数值计算表明：沿轴向光场呈系列焦点，各焦点附近光强分布有振荡现象，随焦点级次的增大光强迅速增大；有焦移现象，焦移量随焦点级次的增大而增大；焦深随焦点级次的升高按平方反比律减小，随波带数减小或焦距增大而增大．在焦平面上，光斑大小与最外环宽度成正比，与焦点级次成反比．

为提高CO2脉冲外差激光成像光学系统的外差探测效率,在出射光为基模高斯光束的本振光路的设计中,根据光束经过光学系统的变换与传输特性,采用离焦式扩束望远系统,调节本振高斯光的束腰位置,使之与置于成像物镜焦平面的探测器的光敏面重合,实现高斯光束的本振光与从目标反射的平面波信号光位相的最佳匹配。

本文从理论上详细研究一种可将激光会聚为方形光斑的光学系统,并与另一种同类装置的理论计算及实验结论进行对照.