类比相干光束中刃型位错概念，提出一种新的相干奇点——相干刃型位错。对高斯-谢尔模光束携带的相干涡旋和刃型位错在海洋湍流中的相互作用进行研究。基于扩展的惠更斯-菲涅耳原理，得到了该光束在海洋湍流环境下的交叉谱密度表达式，并将其用于研究相干涡旋和刃型位错的相互作用。研究发现：相干刃型位错在相干涡旋的作用下发生断裂并转化成相干涡旋。在光束传输过程中，光场中有单个或成对相干涡旋的产生或湮灭现象发生。二者之间的作用特点不仅与传输距离有关，还受光束初始参数和海洋湍流参数的影响。二者之间的作用规律与自由空间光涡旋和刃型位错的作用规律不同。

为了探讨非相干叠加光束携带C点偶极子的演化特性, 推导了携带C点偶极子的高斯光束非相干叠加传输表达式, 并进行了数值模拟研究。结果表明,构成C点偶极子的两个C点的位置和偏振度会随着相关参数的变化而改变;在旁轴情形下, 没有C点产生和湮灭, 并且这两个C点连线的斜率随着传输距离的增加而单调增加;在非旁轴情形下, 当光束传输到z= 0.01zR时, 有多个C点偶极子产生, 在z=10.39zR时又出现C点偶极子的湮灭;在瑞利距离zR处, 光腰半径增加到 0.222μm和0.56μm时分别出现C点偶极子的产生和湮灭; 随着离轴距离和光束波长的变化, 也出现C点的产生和湮灭。研究结果对深入理解偏振奇点矢量光束和寻找奇点光学潜在应用具有一定参考价值。

涡旋光场是一类具有螺旋型波前的特殊结构光场, 因其携带相位奇点、轨道角动量以及拥有中央暗核结构等物理特性, 被广泛应用于光学微操纵、大容量光通信、超分辨成像等领域。通过对涡旋光场传统的物理维度 (振幅、偏振、频率) 进行调控, 可以得到模式更加丰富、应用领域更广泛的新型涡旋光场。此外, 涡旋光场还有一个非常重要的调控维度, 即相干性。近年来, 研究人员通过对涡旋光场的相干性进行调控得到了一类新型涡旋光场, 即部分相干涡旋光场。相比于完全相干涡旋光场, 部分相干涡旋光场在某些领域更具优势, 如具有较高的抗湍流大气干扰性、更丰富的光束整形、更高的自修复能力和更强的微粒捕获能力等。本综述介绍 了近年来整数阶和分数阶涡旋光场相干性调控方面的研究进展, 重点对部分相干涡旋光场的理论模型、产生方法、传输特性、拓扑荷测量、应用等方面进行了详细阐述。

光场相位奇异特性研究在奇点光学研究领域中具有非常重要的意义。本文运用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式推导出高斯涡旋光束通过像散透镜后的光场分布表达式, 并研究了它在几何焦平面上的相位奇异特性。结果表明, 高斯涡旋光束通过像散透镜后在几何焦平面上存在相位奇点, 相位奇点受到透镜的像散系数、光束束腰宽度和涡旋离轴量等参数的影响。在一定条件下, 几何焦平面上出现直刃型位错线或光涡旋。当像散系数为0时, 光涡旋出现在y轴上。当像散系数不为0, 而涡旋离轴量为0时, 会出现直刃型位错线或光涡旋, 且各自的位置都非常稳定。当像散系数、涡旋离轴量或束腰宽度改变时, 光涡旋会发生移动。这对光学元器件的设计和涡旋光束相位奇点的控制有一定的参考价值。

基于在光学旋涡领域的多年工作基础,分别介绍了:轨道角动量在大容量光通信中的创新应用,通过设计新型光学元器件,解决大批量轨道角动量并行独立探测的技术瓶颈;光学旋涡光束在普通光学显微镜结构下调控表面等离子激元,构建了新一代表面等离子激元显微术,该系统集超分辨宽场成像、超高灵敏度传感、超高增强拉曼光谱为一体,为生物活体细胞和分子的无标记、原位、多模式检测提供新的技术途径。

由于特种光束的独特性质和丰富应用，光场调控技术近年来得到了越来越广泛的关注。设计特定结构调控普通高斯光束的振幅、相位或偏振方向，可以得到一系列特殊光场。利用一种偏振敏感的光取向材料，基于动态缩微投影曝光系统的液晶光控取向技术，可实现精确、任意和可重构的液晶方位角的取向控制。基于该项技术制备了二值或渐变的液晶微结构元件，对入射光场的各个参量维度进行调控，产生了高品质、高效率的涡旋光束、矢量光束和艾里光束。利用该项技术制备的器件具有成本低廉、轻便集成、电光可调、偏振可控和宽波段适用等特点。综述了本课题组近期在该领域的系列研究工作，或将为光场调控技术带来全新的可能，为液晶光学器件带来更广泛的应用。

光场的相位奇异特性是奇点光学研究的重要内容。运用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式，推导得到异常空心光束通过像散透镜后的光场分布表达式和相位奇点分布表达式，并研究了其在几何焦平面的相位奇异特性。结果表明，异常空心光束通过像散透镜后，在几何焦平面上存在相位奇点，且相位奇点受到透镜的像散系数和光束束腰宽度等参数控制。在一定条件下，几何焦平面上会出现椭圆或圆刃型位错线、光涡旋。当像散系数或束腰宽度改变时，椭圆或圆刃型位错线发生变化，光涡旋也会发生移动、湮灭和产生。

以傍轴高斯涡旋光束为例，对部分相干涡旋光束的磁场在源平面的光谱Stokes奇点变化规律做了研究，并与部分相干光束电场的光谱Stokes奇点做了比较。研究结果表明，部分相干高斯涡旋光束在源平面内，存在着磁场和电场的光谱Stokes奇点。适当改变光束束腰宽度以及离轴量等光束控制参数会出现磁场和电场的光谱Stokes奇点的移动、产生和湮灭。与部分相干光束电场的光谱Stokes奇点比较表明，二者并不重合且拓扑电荷不同，但具有一定的对称性。磁场和电场的光谱Stokes奇点在变化过程中满足拓扑关系。

光具有由偏振性决定的自旋角动量(SAM)和由光场空间分布决定的轨道角动量(OAM)两种不同的物理性质。重点对光的自旋和轨道角动量在光束生成和变换性质、存在形式和描述方法、力学效应、空间相干性和时间相干性、角向多普勒频移效应及参量转换与量子纠缠等方面进行对比，探索它们的现象学差别，以期更好地理解光的本性，为该领域的研究提供启发和拓展思路。总结和分析了轨道角动量的最新研究成果，并展望了该领域的最新研究动态。

根据角谱法和稳相法，推导了正弦高斯涡旋光束TE波和TM波在远场传输和能流密度的解析表达式，研究了正弦高斯涡旋光束在远场中的相位奇点和能流密度分布.结果表明:正弦高斯涡旋光束的远场特性与高斯光束的束腰宽度、涡旋离轴量、坐标位置以及与正弦项相关的参量有关.在一定条件下，远场中会出现相位奇点和能流密度黑核；当控制参量改变时，相位奇点和黑核的位置会发生移动，但原点处不受影响.相位奇点和能流密度的对称性主要受涡旋离轴量影响，当涡旋离轴量为0时，相位奇点和能流密度分布关于原点对称；当涡旋离轴量改变时，相位奇点和能流密度分布呈现出非对称性.