基于Collins公式推导了扭曲椭圆高斯谢尔模光束在经过高斯吸收型障碍物后传输的场分布解析表达式，得到了一种有效增强光束自修复能力的基础扭曲光束模型，分析了光源各参数对光束自修复特性的影响，揭示了光束强度、相干度和轨道角动量通量密度在被障碍物部分遮挡后传输的规律以及三者之间的内在联系，解释了扭曲光束自修复特性的内在原理。研究表明，适当减小相干长度和扭曲因子可以在保留扭曲光束特性的同时增强光束的自修复能力。该研究结论有助于优化部分相干光在自由空间传输的整体性能，在自由空间光通信、激光雷达、遥感成像等领域具有潜在的应用价值。

研究了拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian, LG)涡旋光束在电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency, EIT)介质中的传输演化特性。在得到EIT介质ABCD传输矩阵的基础上, 利用广义惠更斯-菲涅尔原理, 推导出了LG涡旋光束在EIT介质中传输时的解析表达式, 并研究了光束的强度和相位演化特性, 以及对拓扑荷、径向指数、相干长度等参数的依赖关系。研究表明, LG涡旋光束在EIT介质中传输时经历了周期性的聚焦和扩散。对于部分相干LG涡旋光束, 较小的拓扑荷或较大的径向指数会导致相位奇点被隐藏。此外, 相位奇点在传输过程中会发生分裂现象, 同时产生拓扑荷相反的相位奇点。随着相干长度的增加, 相位奇点的隐藏、分裂和产生现象会逐渐减弱直至消失。

为了得到一种新型椭圆扭曲多高斯-谢尔模(TMGSM)光束, 采用Mercer模式展开的方法进行了理论分析和验证, 证明了多高斯-谢尔模关联结构可携带扭曲相位, 详细研究了其在梯度折射率光纤中传输时的光强和相干度演化。结果表明, 椭圆TMGSM光束在梯度折射率光纤中传输时, 光强和相干度分布随着传输距离的增加发生周期性旋转, 并在0.5L(L为周期)的整数倍处偏转π/2, 其旋转角速度呈非线性变化且与扭曲因子的大小有关; 增大多高斯模数, 焦平面处光强分布的平顶区域增大, 相干度分布轮廓变小。此研究结果在光纤通信、聚焦成像、光学捕获等方面具有潜在的应用前景。

本文利用一个具有隧穿耦合效应的四能级结构模型来描述超冷铯原子制备超冷铯分子的过程,理论分析了受激拉曼绝热通道过程中的两激光脉冲参数对铯原子-分子转换效率的影响。结果表明,在原子-分子暗态条件下,通过双色光缔合利用双光子共振条件的最优化处理方法可以使转换效率提高到90％以上,并给出了两激光脉冲参数的最优化区间。另外,通过分析原子态和束缚分子基态上粒子数布居的动力学演化,给出了光场的最优化条件,只有适当的匹配两激光场的有效Rabi频率、延迟系数和脉冲宽度时,才能高效地实现超冷铯原子-分子的相干布居转换。

理论上阐述了螺旋相位板产生涡旋光束的机理，推导了涡旋光束与平面波以及球面波的干涉强度表达式，并用以研究了涡旋光束的干涉现象，从数值上得到了拓扑荷数与干涉图样的对应关系。同时在实验上利用螺旋相位板获得了涡旋光束，并得到其干涉图样，实验结果与理论结果保持一致。研究结果表明，携带不同拓扑荷的涡旋光束对应着唯一的干涉图样，因此可以通过干涉图样直观地判断出涡旋光束的拓扑荷数。

以随机电磁-双曲正弦-高斯(ShG)光束作为典型的随机电磁光束,根据广义惠更斯-菲涅耳原理推导出随机电磁ShG 光束在大气湍流中的交叉谱密度矩阵元的解析表达式,用以研究随机电磁ShG 光束在大气湍流中的横向偏振度的变化.研究结果表明,随机电磁ShG 光束在大气湍流中传输时,横向偏振度的分布随位置的不同而不同,结构常数C2n 越小,或Sh 部分参数Ω0 越大,或互相关空间相关长度σxy (σyx ) 越大,横向偏振度的分布变为双峰状、平顶状、单峰状的传输距离越长.

基于非Kolmogorov谱模型和广义惠更斯-菲涅耳原理，以双曲余弦高斯(ChG)涡旋光束为例，对部分相干ChG涡旋光束在非Kolmogorov大气湍流传输中拓扑电荷的守恒距离做了详细的研究。研究表明，广义结构常量C～2n越大，广义指数参量α越小，湍流内尺度l0越小，空间相关长度σ0越小，束腰宽度w0越大，则拓扑电荷守恒距离越小，而湍流外尺度L0和双曲余弦部分参数Ω0对拓扑电荷守恒距离无影响。

温度场起伏导致空气折射率的起伏，风速的变化影响湍流的动态特性，从而形成光学湍流效应，对大气激光传输产生影响。研制了一种用于研究激光大气传输效应的Herriott长光程大气湍流发生装置，此装置能模拟出温度差范围为10~200 ℃，风速范围为0~5.8 m/s以及光程为1~100 m 的随机大气湍流。分析并测量了在不同温度、风速参数下该装置对激光传输的光束质量影响。实验结果表明，该大气湍流发生装置的性能指标与实际大气湍流性能较为接近，且具有温度范围宽、光程可调、重复性好、准确度高等优点，能够满足大气传输湍流效应的实验要求。

基于非Kolmogorov谱模型，利用广义惠更斯-菲涅耳原理和维格纳分布函数的二阶矩定义，推导出部分相干厄米高斯(H-G)光束在非Kolmogonov大气湍流中传输因子的解析表达式，并用以研究了非Kolmogorov大气湍流对部分相干H-G光束传输因子的影响。结果表明，部分相干H-G光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时，传输距离、湍流外尺度、广义结构常量和空间相关长度越小，湍流内尺度和光束阶数越大，光束传输受非Kolmogorov大气湍流影响越小，光束质量越好。当广义指数取3.11时，部分相干H-G光束在传输过程中表现的光束质量最差。