传统的多涡旋光束多为离轴光束，需要更精密的镜头、光路复杂且成像质量差，限制了其应用。本文设计并制备了一种基于液晶器件的复合q-plate，其透射效率大于95%，同时可生成同轴复合涡旋光束。通过理论和实验证明了该器件生成的复合涡旋光束的传播特性，该光束具有自旋和长距离衍射后自愈等新颖的衍射现象，生成的同轴复合涡旋光束避免了传统多涡旋光束离轴的缺点。此研究为粒子捕获和操控、光信息处理、光学加密和光学测量等领域的应用提供了全新的手段。

散斑相关是许多基于散斑的光学测量和成像技术的基础，决定了光学系统的分辨率。当前散斑尺寸（颗粒度或分辨率）的理论描述不够精确，也缺乏实验验证。探究了散斑图样自相关尺寸的影响因素，与相同数值孔径物镜聚焦进行比对，揭示薄散射介质的“散射透镜”性质。通过散斑自相关和透镜聚焦尺寸的多组测量，结果表明，截趾函数会影响其分辨率，需要根据具体光路对阿贝判据做修正。对基于散斑的测量和成像技术具有一定的参考价值。

为满足液晶可调谐滤波器（Liquid Crystal Tunable Filter，LCTF）滤波性能和多参数优化的需求，本文提出了一种基于人工免疫算法（Immune Algorithm，IA）的里奥（Lyot）型LCTF优化设计方法。该方法以Lyot型LCTF的光透过率、透射主峰的半高宽（Full Width at Half Maximum，FWHM）、截止区旁瓣抑制（Side Lobe Suppression，SLS）等滤波器基本光谱性能指标为评价函数，基于特定评价函数约束下的全局寻找LCTF最佳液晶盒厚度和驱动电压配置参数组合进行优化设计。仿真结果表明，IA算法优化后的LCTF与传统Lyot型LCTF相比，旁瓣抑制效果提升了73.42%，整体滤波效果提升了13.90%，同时用可调控评价函数权重来实现滤波器性能的智能调控以满足不同应用场景需求。该设计方法可避免传统滤波器对器件厚度线性精度的严重依赖，不仅在液盒厚度、级数选择上更加灵活，可改善光谱响应时间和光透过率，而且省略了繁琐的实验调试工作量，具有一定的研发高效性、实用性以及经济性。

通常用混合阶庞加莱球的方法描述任意矢量涡旋光束，该方法可以使其偏振与相位演化的物理过程变得更加直观。目前，人们常用空间光调制器、超表面与螺旋相位板的组合、激光谐振腔等来产生矢量涡旋光束。然而，这些方法所产生的光束通常只限于特定的偏振态，且具有低损伤阈值、低转换效率和大结构尺寸等缺点，并且这些方法通常只能实现同一混合阶庞加莱球上的适量涡旋光束的产生与切换。本文提出了一种利用电控可调液晶q板和波片通过纯电控手段来实现两个不同阶混合阶庞加莱球上任意矢量涡旋光束的随意产生与切换。通过理论和实验对其结果进行验证，与预期仿真结果基本保持一致。此方法具有良好的电可控性、集成性好、转换效率高等优点，并且可以为结构化光束的应用提供基本的光学系统支持。

散斑（自）相关和波前调制等成像技术是克服非均匀介质散射影响的高效并重要的光学成像手段。而该类技术依赖于光学记忆效应，因此视场有限且动态介质会退化其成像质量。浴帘效应是一种常见且不受散射介质动态变化和视场限制的效应。近年来，随着多种计算成像技术的发展，浴帘效应也被融合到其他克服散射的成像恢复技术中并应用于不同散射成像场合，已经展现出相较传统散射成像技术的独特优势。文中概括浴帘效应的物理模型演变，从调制传递函数出发，综述光学厚度、孔径大小等因素对浴帘效应的影响，介绍浴帘效应和傅里叶域浴帘效应在散射成像领域的应用。讨论傅里叶域浴帘效应与其他基于相位迭代算法成像技术的区别与联系，展望其与其他计算成像技术结合的可能。