近年来，携带扭曲相位的部分相干光束因其独特的性质受到广泛关注。引入一种同时携带扭曲相位和具有特殊空间关联结构的部分相干矢量光束，即径向偏振扭曲矩形多高斯-谢尔模光束，推导了该光束通过ABCD光学系统后的交叉光谱密度矩阵元解析表达式，并研究了它的归一化光强分布、光谱相干度和光谱偏振度的演化特性。研究结果表明，当无扭曲相位时，径向偏振矩形多高斯-谢尔模光束的光强由源平面的空心圆环轮廓逐渐演变成矩形平顶轮廓。相较而言，径向偏振扭曲矩形多高斯-谢尔模光束所携带的扭曲相位不仅会引起光束光斑的旋转，还会引起传播过程中光束的相干度和偏振度的一系列变化。该研究结果为扭曲相位实现新型矢量结构光束的调控提供一定的理论指导，在光束整形、光学微操纵和自由空间光通信等领域有着潜在的应用。

为了探究部分相干Airy涡旋光束在非Kolmogorov谱中模态强度的演化规律, 基于广义的Huygens-Fresnel原理和Rytov近似理论, 推导了部分相干Airy涡旋光束的轨道角动量模态概率的解析式。结合MATLAB的数值模拟, 研究了部分相干Airy涡旋光束在非Kolmogorov谱湍流大气中传输时湍流参量和波束参量与涡旋模态强度的关系, 对部分相干Airy涡旋光束的相干宽度在传输过程中对模态强度的影响进行了理论分析。结果表明, 选取拓扑荷数较小、主亮环半径较大、波长较长的部分相干Airy涡旋光束能有效减缓湍流效应的影响, 减小强湍流中模态间的串扰；较大的湍流谱幂指数和较小的探测器孔径直径能提高部分相干Airy涡旋光束的模态强度；与完全相干涡旋光束相比, 部分相干涡旋光束具有较强的湍流阻力, 在大气湍流中能有更好的传输性能, 相干性较差会导致螺旋谱分布弥散。这些结果对自由空间光通信的研究具有一定的参考价值。

光束在大气湍流中传输时, 可通过调节部分相干光束的空间关联结构实现传输性质的调控。在总结特殊关联部分相干光束大气湍流传输相关基本理论的基础上, 分别介绍了特殊关联部分相干光束的产生方法以及空间关联结构的测量方法, 讨论了特殊关联部分相干光束在大气中传输所产生的物理效应, 对于激光大气传输有一定的参考价值。

光镊技术是利用高度聚焦的激光束所形成的梯度力势阱对微纳粒子进行捕获和操控的技术, 在生物、物理、化学和医学等领域有着非常广泛的应用。基于4π聚焦系统, 理论研究了径向偏振高斯光束的紧聚焦特性及其对金属微粒的辐射力, 并与传统的单透镜聚焦系统结果进行比较; 还详细讨论了不同离焦和离轴距离对光阱刚度的影响。研究结果表明, 与传统的单透镜聚焦系统相比, 4π聚焦系统通过选择合适的光学参量, 可以获得具有三维球形结构的聚焦光斑, 显著增大了横向和纵向的梯度力, 从而显著增强光镊系统捕获金属微粒的稳定性。