在涡旋光激光器中，同阶次的两个相反手性模式通常呈现叠加输出。建立了同阶次相反手性模式的部分相干叠加模型，实验研究了在连续和被动调Q运行下相反手性模式的叠加特性。在低功率泵浦下，连续运行时两个手性的模式相干叠加形成花瓣状光斑，两个模式的初相位差决定了花瓣光斑节线的方向，而调Q运行时花瓣节线的方向随脉冲序列随机变化。在高功率泵浦下，相反手性模式形成非相干叠加，此时光斑虽然为圆环状，但是光束不具有涡旋相位，这是模式激烈竞争下相位的随机变化导致的。通过倾斜输出镜和被动调Q对手性进行控制，产生了功率分别为0.88、0.85、0.79 W的LG0,±1模、LG0,±2模、LG0,±3模连续涡旋光束和重复频率为12.6 kHz、脉冲宽度为28.6 ns、峰值功率为1.33 kW的LG0,±1脉冲涡旋光束。

艾里光束作为一种具有自加速特性的无衍射光束, 在光镊、光学成丝、成像、表面等离子激发等众多领域都具有应用潜力。而在艾里光束基础上引入涡旋项可以丰富光场特性, 同时利用艾里光束特性与涡旋相位特性为光场分布调谐提供了更大的灵活性, 也引入了更多的动力学演化特性。以直角坐标和极坐标系下艾里光束的特性与应用为切入口, 系统介绍了各类艾里涡旋的参数调谐与演化特性, 包括直角坐标和极坐标系下单个艾里涡旋在各个情况下的演化特性、产生方式与应用, 以及直角坐标和极坐标系下的艾里涡旋叠加光束的奇特性质等, 为系统了解艾里涡旋参数及动力学特性提供参考, 进而为产生具有更加丰富性质的光场打下基础, 对扩大艾里涡旋的实际应用领域具有指导意义。

涡旋光是一种携带轨道角动量、相位面呈螺旋状分布的新型结构光场,在量子纠缠、量子通信、光学微操控等领域已经获得了广泛应用。随着研究的深入,具有比传统涡旋光更复杂的拓扑结构、相位奇点、轨道角动量和偏振奇点的结构光场的产生,吸引了众多研究人员的兴趣。从固体激光腔内直接激发产生空间结构光和腔外调控得到空间结构光出发,分别介绍了离轴泵浦加像散转换、调制元件调制波形、泵浦整形三种腔内方法,以及空间光调制器光场定制、模式叠加、超构表面微结构设计的三种腔外方法,并分析比较了几种方法的优缺点,展望了未来空间涡旋结构光场的发展趋势。

基于谐振腔内的非均匀介质对激光横模的耦合作用, 提出了一种用于计算谐振腔内稳定振荡模式的矩阵算法。激光横模在谐振腔内往返传播时, 其能量在非均匀介质的作用下发生耦合, 原本不相干的模式逐渐变得相干。经多次往返传播后, 各横模将按一定的能量比例线性叠加, 形成稳定振荡的模式。给出了非均匀介质耦合效应的耦合矩阵, 并将往返传播的激光场表示成向量形式, 用矩阵计算的方法对介质前后的光场变化进行计算。建立了一个稳定平凹腔模型, 对谐振腔内激光场的传播进行了矩阵计算, 在不同条件下计算得到了多个稳定振荡模式, 计算结果与理想模式符合得很好。该研究在一定程度上证明了非均匀介质耦合效应的存在, 并提供了一种新的快速计算谐振腔内稳定振荡模式的方法。

针对机械式光开关的抖动问题，利用一般等截面悬臂梁模型和端部有附加质量的悬臂梁模型，采用模态叠加法求解悬臂梁在冲击力作用下的动态响应，得出了机械式光开关抖动的原因和降低光开关抖动的结构设计方法。利用该方法对一种有抖动的移动棱镜式机械光开关的结构进行改进，实验结果表明，改进后的光开关基本无抖动。

根据量子力学中的态叠加原理,构造了由多模复共轭相干态|{z(a)*j}〉q和多模复共轭相干态|{z(b)*j}〉q的相反态|{-z(b)*j}〉q的线性叠加所组成的非对称两态叠加多模量子叠加态光场|ψ(2)1f〉q,利用多模压缩态理论研究了态|ψ(2)1f〉q的等幂高次和压缩特性,结果表明:1)当R(a)j=R(b)j和ψ(a)j-ψ(b)j=士(2k+1)π(k=0,1,2,3……),态|ψ(2)1f〉q的两个正交相位分量均处于N-H最小测不准态的结果;2)当R(a)j=R(b)j=Rj和ψ(a)j=ψ(b)j=ψj,态|ψ(2)1f〉q的等幂高次和压缩与文献3的结果相似;3)当R(a)j≠R(b)j=Rj和ψ(a)j=ψ(b)j=ψj,且q∑j=1ψj和θ(R)pq-θ(R)nq=△θ满足一定条件时,无论qN为奇数还是偶数,态|ψ(2)1f〉q的两个正交相位分量均可分别呈现周期性变化的等幂高次和压缩效应,但qN为奇数时的压缩深度大于qN为偶数时的压缩深度.

根据量子力学的线性叠加原理,构造了两类新型的多模叠加态光场;利用多模压缩态理论,首次详细研究了这两类多模叠加态光场的二阶不等幂次Nj次方H压缩特性.结果发现:在各模场幅幂次Nj不等(全部偶数、全部奇数、部分偶数、部分奇数)的情况下,当各模的初始相位、两态叠加的几率幅以及纵模总数等分别满足一定的条件时,这两类新型的多模叠加态光场总可呈现出周期性变化的、二阶不等幂次的Nj次方H压缩效应,这种纯量子效应说明它们属于多模非经典光场;同时,本文的研究结果还表明,上述两类多模叠加态光场之间存在"相似压缩"与"压缩简并"现象.