研究了部分相干径向偏振旋转对称幂指数相位涡旋（RPEPV）光束，即径向偏振多高斯-谢尔模RPEPV光束的紧聚焦特性。首先，建立了部分相干径向偏振RPEPV 光束的理论模型，并基于Richards-Wolf矢量衍射积分理论，研究了部分相干径向偏振RPEPV光束通过高数值孔径物镜后的紧聚焦模型，推导了光束在焦平面的交叉谱密度函数。然后，数值研究和分析了聚焦场的光斑强度、相干度和偏振度的分布特点。研究结果表明，改变光束阶数、拓扑荷数、幂指数和相干宽度等参数，可以获得包括高斯状、平顶状和多边形在内的多种形状的焦斑分布。

基于交叉谱密度函数以及相干偏振统一理论, 导出径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束的光场表达式, 研究了该光束的传输特性.通过理论分析和数值计算可知, 径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束在自由空间传输时, 光束以固定的螺旋半径进行螺旋传输.且在传输过程中, 光束逐渐由螺旋空心光束演变为螺旋高斯光束, 这一过程所需的传输距离与相干长度有关.该光束的偏振角和偏振度都会受到螺旋半径和传输距离的影响, 同时, 相干长度的变化也会影响偏振度的分布.而相干长度, 传输距离和螺旋半径的改变并不会影响光束的偏振椭圆率的分布.

基于广义惠更斯-菲涅尔衍射理论, 导出径向偏振螺旋贝塞尔光束的光场表达式, 研究了该光束的传输特性和传输过程中光束偏振态的变化, 及其通过扇形障碍物后的自重建特性.理论分析和数值计算发现：径向偏振螺旋贝塞尔光束在自由空间传输时, 在一定传输区域内, 光束以空心光束的形态绕光轴做离轴螺旋传输, 光束的发散角为零并一直保持着径向偏振的特性; 在光束的自重建过程中, 始终保持离轴螺旋传输特性, 随着传输距离的增加, 原本在遮挡区域消失的能量, 被逐渐衍射至障碍物遮挡区域的相反位置.

本文提出了一种基于介质超表面的径向偏振贝塞尔透镜，它可以高效率地将线偏光转换为径向偏振光，并且同时实现贝塞尔聚焦。在线偏振光入射下，利用非对称光子自旋轨道相互作用对线偏振光左右旋分量进行独立调控，最后通过自旋重组同时实现偏振转换和波前调控。在波长为532 nm处，数值孔径NA=0.9，超透镜实现了超越衍射极限聚焦焦斑。该项研究在粒子加速和超分辨率成像方面具有潜在的应用价值。

随着光学操控技术的迅速发展, 测量与重建径向偏振光束（RPB）成为迫切任务之一。利用一套石英旋光片组合, 首先产生了RPB。借助计算机控制的CCD, 对RPB的斯托克斯矢量场分布进行了测量, 并获得其偏振态分布。结果表明: 所产生的RPB归一化功率偏差为0.054 8, 偏振偏差为0.004 4。利用干涉仪, 获得了RPB的相位分布, 相邻断面间平均相位差为1.471。最后, 通过偏振和相位信息的数据处理, 成功重建了RPB的矢量场分布, 并发现其拓扑荷在3左右。这些结论为实现精密量子调控与测量铺平了道路。

基于标量衍射理论建立了光谱色散平滑（SSD)、随机相位板（RPP）和偏振匀滑（PS）联用的光束匀滑方案数值仿真模型。以斑纹对比度和偏振度为主要评价参量，利用该模型研究了径向偏振调制的匀滑及消偏振特性。研究表明，径向偏振调制可以有效降低聚焦光斑斑纹对比度和偏振度。使用半波片拼接方式产生近似径向偏振光时，拼接单元数对匀滑及偏振特性影响较小，8片拼接的匀滑效果已与理想径向偏振光几乎一致。对比分析了径向偏振调制、正交偏振调制和双折射楔三种PS方式，结果表明，由于三种PS方式本质上的一致性，光束的匀滑及偏振特性差别较小。

基于广义惠更斯理论及相干偏振统一理论，研究部分相干径向偏振光束在大气湍流中传输时，光源波长对光强分布，相干性、湍流强度、光斑尺寸及光源波长对偏振度(DOP)分布的影响。理论推导与数值模拟发现：部分相干径向偏振光束在大气湍流中传输时，光强分布受光源波长的影响明显，随着传输距离的增大，光强逐渐由空心分布演化为实心分布。光强完成这一演化所需的传输距离与光源波长有关，光源波长的减小，会造成光强由空心分布演化为实心分布所需的传输距离增大。另一方面，光束DOP 分布也与相干性、大气湍流强度、光斑尺寸及光源波长相关，在确定的传输距离处，光源相干性越高、大气湍流越弱、光斑尺寸越大及光源波长越短，DOP 随半径变化的曲线斜率也越大。随着光束传输距离的增加，这种趋势会逐渐突现。

根据广义惠更斯-菲涅耳原理及交叉谱密度矩阵推导出部分相干径向偏振光束及高斯光束在大气通信中二阶矩束宽的解析表达式,同时通过对比大气湍流强度、相干长度及光源波长对两种光束在大气通信中束宽展宽及角扩展的影响,说明部分相干径向偏振光束在大气通信中更具优越性.研究表明,部分相干径向偏振光束及高斯光束在大气湍流中的传输都满足如下规律：大气湍流强度越大,则束宽展宽越大,角扩展越大:光源相干长度越大,则光束受大气湍流的影响越大,角扩展越小:光源波长越长,光束受大气湍流的影响越小,角扩展越大.但大气湍流强度、光源相干长度及波长三方面对部分相干径向偏振光束束宽展宽的影响远小于其对高斯光束束宽展宽的影响,即同一参数下,高斯光束束宽展宽远大于部分相干径向偏振光束束宽展宽.此外,高斯光束的角扩展不仅与上述三参量有关,还受其光束束腰宽度影响,而光束的束腰宽度对部分相干径向偏振光束的角扩展并不产生影响.以上结论表明部分相干径向偏振光束相对于高斯光束更有利于在大气湍流中传输,同时关于大气湍流强度、光源相干长度及波长三参量的研究,对于部分相干径向偏振光束在大气光通信中的应用具有指导作用.

基于近轴光束传输理论，对多色径向偏振光束(PRPB)传输中的光强及光谱分别进行了研究。结果表明：在近场区，光源的谱宽增加会使得PRPB 的光斑尺寸有微小增大；在远场区，光源的谱宽增加会使得PRPB 的光斑尺寸有微小减小。在光谱特性方面，观测平面上总存在一个临界位置，其内部点光谱表现为蓝移，外部点表现为红移；无论在近场还是远场，光源谱宽的增加都会使得临界位置远离光束中心。在光源谱宽确定的情况下，远场区观测点的光谱谱移量要明显高于近场区；从PRPB 与多色线偏振高斯光束的对比中发现，在相同传输距离处，多色径向偏振光束的临界位置的半径明显大于多色线偏振高斯光束。

基于矢量衍射理论，研究了连续型相位光瞳滤波器对径向偏振光束在焦点区域成像效果的影响。设计了一种余弦函数形式的连续相位型光瞳滤波器，实现了缩小径向偏振光束的横向焦斑。利用Matlab优化工具箱，以超分辨性能参数G为优化目标，以斯特雷尔比S为约束条件，对余弦函数形式的连续相位型光瞳滤波器进行优化并给出了几组优化结果。优化结果表明所设计的余弦函数形式的连续相位型光瞳滤波器在数值孔径为0.8时对于缩小径向偏振光横向焦斑有明显的效果。关于此种连续相位光瞳滤波器的计算结果，对实际中制作相位光瞳滤波器有一定参考价值。