针对M型Czerny-Turner光谱仪在像差校正时可能会出现的二次衍射问题，提出了此光学结构在消慧差条件下的反二次衍射条件。分析了二次衍射出现的主要因素，并进行了理论推导。结合反二次衍射条件与消慧差优化的约束条件，搭建了M型消慧差Czerny-Turner结构光谱仪。为了验证理论分析的正确性，使用Zemax OpticStudio仿真软件进行了对比实验。仿真结果表明：满足约束条件的M型光路结构中不会出现二次衍射现象，而不满足约束条件的M型光路结构中则会出现二次衍射现象，与理论分析结果相符。在入射狭缝宽度为25 μm、光栅刻线密度为600 line/mm的条件下，软件优化后的光学系统在200~500 nm范围内的光谱分辨率优于1 nm。

随着水下光通信、传感和激光雷达等领域的快速发展, 深入研究海洋湍流对光束传输特性的影响具有重要的意义。采用数值模拟方法研究了慧差光束通过海洋湍流的传输特性。研究结果表明海洋湍流会导致光束慧形分布消失; 慧差光束的质心位置与最大光强位置不重合; 相比于以最大光强位置为中心、以光束质心位置为中心时计算得到的束宽要小, 但其受海洋湍流影响更大; 以能量Strehl比作为评价参数时, 慧差越严重, 则光束能量集中度受海洋湍流影响越小; 以β参数作为评价参数时, 当慧差系数取某特定值时, 光束能量集中度受海洋湍流的影响最大, 在实际应用中应该避免这种情况。能量Strehl比与β参数的物理含义不同, 分别表示按照给定桶半径内所含能量定义的能量集中度(能量Strehl比)与给定桶中功率百分比定义的能量集中度(β参数), 两者受海洋湍流的影响是不同的, 这在实际应用中应当特别注意。

利用Richards-Wolf矢量衍射公式,获得圆偏振涡旋贝塞尔-高斯光束经具有初级慧差高数值孔径系统聚焦后的三维光场复振幅函数,模拟了不同慧差系数下圆偏振涡旋贝塞尔-高斯光束的聚焦光场。研究表明,初级慧差使圆偏振涡旋贝塞尔-高斯光束的聚焦光场分布模式和空间位置发生改变;初级慧差系数的正、负不改变光场分布模式;初级慧差不会影响光轴上光强分布的对称性,而是改变光强分布曲线。

利用 Richards-Wolf 矢量衍射积分公式,获得矢量偏振贝塞耳-高斯光束经具有初级 慧差的高数值孔径系统聚焦后的 三维光场复振幅函数,模拟了不同慧差系数下聚焦光场的纵向分布,以及焦平面和光轴上的光强。研究表明,初级慧差的存 在导致矢量偏振贝塞耳-高斯光束的会聚光场发生偏移和变形,焦平面光强的分布和光轴上的光强峰值都受初级慧差和入 射光偏振态的共同影响,偏振态和初级慧差不影响聚焦光场在光轴上的对称分布。