提出了一种可调谐非傍轴自加速光束产生方法，该方法可以使光束在不需要傍轴近似的情况下沿任意凸轨迹传播。利用维格纳函数和焦散线原理，导出了傅里叶空间振幅相位和自加速传播轨迹之间的显式表达式。通过设计傅里叶空间的初始角谱产生了具有自聚焦特性的非傍轴自加速阵列光束，分析了光束数量、阵列半径和光束参数大小等对焦点位置和自聚焦性能的影响。结果表明，该方法产生的自聚焦光束突破了傍轴近似限制，且光束轨迹和调控方式更加灵活高效。

基于惠更斯-菲涅耳衍射积分，对指数衰减、空间截断、频域截断和恒等振幅截断等方法产生的有限能量艾里光束的传输演化特性进行了比较分析，讨论了横向尺度因子和截断孔径宽度对其无衍射传输距离和横向加速特性的影响。研究结果表明：当截断孔径宽度相同时，增大横向尺度因子，几种有限能量艾里光束的无衍射传输距离和横向加速偏移量均增大；当横向尺度因子相同时，几种有限能量艾里光束的无衍射传输距离均随截断孔径宽度的增大而增加；当截断孔径宽度和横向尺度因子相同时，频域截断有限能量艾里光束的无衍射传输距离最短，指数衰减和空间截断有限能量艾里光束的较长，而恒等振幅有限能量艾里光束的最长。该结果对于拓展有限能量艾里光束在长距离传输方面的应用具有一定的意义。

由于截止滤光片具有的良好光学特性, 分别给出了基于两片长波通和两片短波通截止滤光片的光束空间低通滤波装置。利用几何光学法, 分别研究了这两种装置对光束的一维空间低通滤波特性, 结果表明: 这两种滤波装置的角谱选择性带宽与滤光片过渡带的带宽以及两滤光片的夹角有关。对于长波通滤光片, 两滤光片的夹角要大于等于截止角度的2倍, 而对于短波通滤光片, 两滤光片的夹角要小于等于截止角度的2倍, 理论上得出这两种装置的半高宽度的角谱选择性带宽均等于过渡带的宽度结论, 此时两滤光片之间的夹角为截止角度的2倍。

激光光束空间低通滤波技术是提高光束空域质量的重要手段之一。随着高能激光技术的进一步发展，传统的针孔滤波技术因其对光束的聚焦特性，已逐渐成为限制高能激光光束空域质量提高的瓶颈，因此，不对光束聚焦即可实现光束空域质量的改善成为突破该瓶颈的创新型技术。体光栅、多层介质薄膜、Rugate薄膜和光子晶体因具有良好的波矢选择特性，已成为当前实现非聚焦型光束空间低通滤波的主流技术和研究热点。分别从这4种光学元件入手，简要分析了体光栅的布拉格衍射特性、多层介质薄膜和Rugate薄膜对光束的相长相消干涉特性，以及利用光子晶体的自准直效应来实现非聚焦型光束空间低通滤波的主要技术特点，综述了这4种技术在光束空间低通滤波应用中的研究进展。和针孔滤波技术的聚焦特性相比，这4种技术的非聚焦滤波特性具有取代针孔滤波的可行性，尤其是在对高功率激光进行空间低通滤波的应用中。

通过研究脉冲激光与铝靶碎片的膨胀运动以及冲量耦合的相互作用，仿真分析了铝靶碎片在等离子体作用下的速度和压力时空分布规律以及冲量耦合系数与激光功率密度之间的定量关系；在此基础上，建立了基于地基的脉冲激光辐照近地轨道小尺度空间碎片动力学变轨仿真模型，模拟研究了近地轨道小尺度空间碎片移除过程中轨道偏心率与近地点高度随激光脉冲数目变化的影响规律。结果表明：在最优冲量耦合系数作用下，当脉冲数目达到180次轨道偏心率为0.071时，基于此文的条件可实现近地轨道小尺度空间碎片的有效移除。预期成果可为高能激光移除近地空间碎片技术的应用提供技术指导。

从艾里光束的理论基础出发，详细研究了艾里光束的远场传输特性，包括场强分布、光斑直径和桶中功率(Power in the Bucket，PIB)的演化过程。探讨了场强分布随截断因子a和任意横向刻度x₀的变化规律，以及a和x₀对艾里光束保持无衍射性质传输的距离(Distance with Keeping Non-diffraction，DKNd)、演化成类高斯分布的距离(Distance in which the Evolution became similar Guassian，DEG)和自弯曲程度(Self-bending Degree，SbD)的影响。研究发现：场强分布在演化成类高斯分布过程中，DKNd、DEG和SbD都随着x₀的增大而增大，DKNd和DEG随a的增大而减小，a对SbD无影响。研究了艾里光束的光斑直径和PIB的演化规律, 发现在a值不同的情况下，在传输过程中光斑直径先保持不变后增加，PIB先减小后增大，最终等于0.76。

采用多层相位屏法模拟了艾里涡旋光束在大气湍流中的漂移特性。讨论了拓扑电荷p、涡旋核相对于光束中心的离轴距离x_d，y_d 和湍流强度C²_n 对艾里涡旋光束在不同传输距离处的漂移特性的影响。研究发现，在相同传输距离处，漂移量随着C²_n 的增大而增大。在传输距离比较小时，p 和x_d，y_d对漂移的影响比较弱，漂移量几乎相等。当传输距离比较大时，漂移量随p 的增大而减小，随x_d，y_d的增大而增大。此外比较了单束艾里涡旋光束的漂移量和阵列艾里涡旋光束的漂移量，研究发现，阵列艾里涡旋光束的漂移量比较小。

艾里光束作为无衍射光的一种，以其近似无衍射、横向自加速和自愈的独有特性而得到普遍的关注，在光电子学、微粒操控、大气通信等领域有着广阔的应用前景。综述了控制艾里光束传输轨迹的几种主要方法，简要分析每种方法对传输轨迹的加速方向、自弯曲程度以及峰值强度位置等方面的控制原理，总结出每种方法的优缺点。研究发现，通过改变系统参数控制艾里光束传输轨迹的峰值强度位置和自弯曲程度的方法，系统简单易实现；基于梯度折射率和特殊介质-非线性光子晶体的方法，能实现加速方向翻转，但是系统实现较困难；通过特殊变换可以控制艾里光束传输轨迹的加速方向和强度分布，系统容易实现。

艾里光束作为无衍射光的一种，以其近似无衍射、横向自加速和自恢复的独有特性而得到普遍的关注，在光电子学、微粒操控、大气通信等领域有着广阔的应用前景。综述了产生艾里光束的几种主要方法，从系统造价、实现难易度和应用潜力等方面对各方法的优缺点做深入比较分析，提出了改进和完善建议。

针对高空平台不稳定性以及大气湍流对平台光通信性能的影响，提出利用空间分集技术改善高空平台光通信链路性能。在系统采用开关键控(OOK)调制条件下，利用矩母函数特性分别得到采用协作分集技术和多输入多输出(MIMO)技术的高空平台光链路误码率表达式，并求解协作通信系统中继平台的最优位置。仿真结果表明：协作分集技术与光MIMO技术对高空平台光链路性能的改善效果受到跟瞄误差的限制。采用发射选择分集的光MIMO技术对光链路的误码率性能最好。与采用重复码的MIMO方法相比，协作分集技术更适用于跟瞄误差大的通信系统。中继平台的最优位置与中继策略以及跟瞄误差无关。在中继平台最优位置附近，采用协作分集的光链路性能优于采用重复码MIMO光通信链路。