为解决温室植物对光环境的需求, 依据植物对光的选择性吸收特点, 突破传统的点、线光源局限, 采用模块化阵列设计理念, 研制出了基于单片机的温室植物LED补光系统。该系统配置了由红光、蓝光、远红光和紫外光四色LED组成单元模块, 再由若干个单元模块组成的LED阵列平面光源, 采用STC12C5A60S2单片机实时监测LED基板温度和光强, 并通过脉宽调制信号控制红、蓝光LED补光灯亮度, 以满足温室植物在不同阶段对补光量的需求。此外, 本系统能够对光质、光强、光周期和工作方式进行动态调节。实际应用表明, 该系统具有操作简便、检测准确的特点, 可有效实现定量精确补光, 具有很强的实用性和推广性。

利用矢量角谱法和稳相法，研究了涡旋洛伦兹高斯光束的远场矢量结构特征，导出了横电项(TE项)和横磁项(TM项)远场电磁场和相应能流的解析表达式。通过相应的数值计算，分析了拓扑电荷数对涡旋洛伦兹高斯光束及其矢量结构项远场能流分布的影响。TE项由位于竖直方向的2瓣或3瓣组成，TM项可由TE项旋转90°得到。涡旋洛伦兹高斯光束在拓扑电荷数小时内部中空，外部亮环均匀分布。增大拓扑电荷数，涡旋洛伦兹高斯光束外部亮环上的能流呈起伏分布，内部变化相对复杂。涡旋洛伦兹高斯光束及其矢量结构项的光斑尺寸随拓扑电荷数的增大而增大，但会饱和。研究显示，涡旋洛伦兹高斯光束在实际应用时拓扑电荷数不宜过大。

线偏振高斯光束经圆形光阑衍射后,其远场可表示成互相正交的横电(TE)项和横磁(TM)项之和。利用TE项和TM项的远场能流分布，导出了高斯衍射光束的TE项和TM项远场功率的解析表达式，由此可度量TE项和TM项在远场占总功率的比例。基于能流二阶矩的定义，给出了高斯衍射光束、TE项和TM项远场发散角的解析式以及三者远场发散角间的关系通式，重点分析了f参数和截取参数对远场发散角的影响。结果表明:随着f参数的增大，远场发散角先增大后趋向于各自的饱和值。截取参数对远场发散角的影响与f参数相关，当f参数较大时，截取参数对远场发散角的影响不明显；当f参数适中时，随着截取参数的增大，远场发散角先减小后趋向于各自的最小值；但当f参数较小时，高斯衍射光束和TM项二者的远场发散角出现一定的波动性。

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式和洛伦兹函数的厄米-高斯展开，导出了部分相干洛伦兹-高斯光束在湍流大气中经傍轴ABCD光学系统的峭度参数的解析表达式，对该峭度参数进行了数值计算。结果表明：空间相干长度和结构常数对峭度参数的影响与部分相干洛伦兹-高斯光束本身的光束参数有关；当空间相干长度小于光束参数时，其影响显著；当洛伦兹部分的光束参数较大或高斯部分的光束参数较小时，结构常数的影响较明显且随传输距离的增大而增强。

根据单色光傍轴度的定义，分别研究了圆形光阑和方形光阑对平面光波傍轴性的影响。推导出平面光波经圆形光阑和方形光阑衍射后其傍轴度的解析表达式。平面光波经圆形光阑或方形光阑衍射后，其傍轴性下降，傍轴度小于1，傍轴度下降量取决于光阑尺寸与入射平面光波波长的比值。数值计算结果表明：随光阑尺寸与入射平面光波波长的比值从零开始增大，平面衍射光波的傍轴度从零开始快速增大而后趋于一饱和值，但光阑的形状不影响平面衍射光波的傍轴性。

引入了一簇互相正交的超洛伦兹-高斯光束以描述半导体激光器所产生的大角度高阶模远场分布。将分数傅里叶变换应用于超洛伦兹-高斯光束SLG11模的传输特性的研究中。利用傅里叶变换的卷积原理, 导出了SLG11模经分数傅里叶变换系统后场分布的解析表达式。根据所得到的公式进行了数值计算, 系统分析了分数傅里叶变换阶数和光束各参数对SLG11模在分数傅里叶变换面上光强分布的影响。结果显示：SLG11模在分数傅里叶变换面上的归一化强度分布随分数傅里叶变换的阶数呈周期性变化, 周期为2；随着光束参数的增大, SLG11模在分数傅里叶变换面上的光斑尺寸增大。

半导体激光器远场分布的高斯模型存在着不少缺点。尽管高斯分布适用于描述半导体激光器平行于结方向上的远场分布，但它不适合表征垂直于结方向上的远场分布。在相同空间分布下，洛伦兹-高斯分布的角扩展程度较高斯分布的大。因此，洛伦兹-高斯分布比高斯分布更适合于表征半导体激光器垂直于结方向上的远场分布，但研究表明洛伦兹-高斯光束仅适合于表征基模大角度激光束。而高功率半导体激光器往往也产生高阶模大角度激光束，因此构建了一类高阶洛伦兹-高斯光束的正交完备解，通过分析高阶洛伦兹-高斯光束的传输特性，证实高阶洛伦兹-高斯光束比厄米-高斯光束更适合于表征半导体激光器所产生的远场高阶模大角度激光束。

直接以麦克斯韦方程组的解表征拉盖尔-高斯光束。基于麦克斯韦方程组解的矢量角谱表述和电磁光束的矢量结构理论, 利用一些数学技巧导出了拉盖尔-高斯光束的TE项和TM项在近场的解析表达式。利用所导出的公式, 在近场描绘了拉盖尔-高斯光束的TE项、TM项及整个光束的光强分布。并对角度依赖分别为余弦和正弦关系的拉盖尔-高斯光束的矢量结构进行了比较, 结果显示两者整个光束的光斑完全相似, 唯一的区别是子瓣的空间方位不同且两者的内部矢量结构完全不相同。

洛伦兹-高斯光束是用于描述某些发散程度较大的激光光源而引入的，在源平面上的q参数趋向于无穷的条件下，洛伦兹-高斯光束退化为洛伦兹光束。基于柯林斯积分公式，导出了洛伦兹-高斯光束经傍轴abcd光学系统的解析传输公式，进行了相关的数值计算以揭示其傍轴传输特性。基于矢量瑞利-索末菲衍射积分公式，导出了矢量洛伦兹-高斯光束非傍轴条件下的解析传输公式，进行了相应的数值计算；作为一般公式的特例，给出了相应的远场表达式和傍轴结果。