用于内窥成像的多芯光纤在弯曲条件下传输的光场相位容易出现复杂的随机扰动，为相干成像中的相位恢复带来极大挑战。本文提出了一种可以用于相干成像的螺旋多芯光纤设计，通过调控纤芯尺寸、纤芯间距和螺距来抑制弯曲等外界扰动对纤芯间群时延差和功率串扰的影响。本文建立了弯曲条件下螺旋多芯光纤纤芯光程的数学模型；根据变换光学基本原理，利用有限元仿真软件对螺旋多芯光纤的模式特性进行数值仿真计算。设计的螺旋多芯光纤具有20 μm的芯间距和20 π/m的扭转率，共有6层91个纤芯，不同层的纤芯尺寸不同。无弯曲时芯间群时延差小于6 fs/m；当弯曲半径大于5 cm时，芯间群时延差的变化小于32 fs/m，100 m长度上纤芯间串扰的仿真计算结果低于-550 dB。螺旋多芯光纤的芯间群时延差对弯曲不敏感，在相干成像中代替普通光纤束传递光场，有助于降低相干图像恢复方法的复杂度，可以广泛应用于光纤显微成像、超快激光成像等领域。

利用Debye积分，研究了三个相互正交的轨道角动量（包括两个正交的横向轨道角动量以及一个纵向轨道角动量）光场在紧聚焦条件下的复杂耦合现象，并演示了焦场中相位奇点在三维时空间中的演化。此外，还研究了具有不同拓扑荷数的纵向轨道角动量对聚焦波包整体轨道角动量指向的影响。数值结果表明，聚焦波包的整体轨道角动量指向可由纵向轨道角动量的拓扑荷数进行调控，进而实现紧聚焦时空波包的轨道角动量指向可控。这种角动量指向可控的时空波包在光学微操作、微纳加工、自旋-轨道耦合以及量子通信等领域具有潜在的应用价值。

携带横向轨道角动量的时空光涡旋是一种新型光脉冲波包，受到越来越多的关注。本文报道一种经过高数值孔径透镜聚焦，在透镜焦平面上产生偏振态可控的线偏振时空光涡旋的方法。为克服聚焦透镜对入射时空涡旋产生的时空像散效应，需对入射时空波包作预劈裂处理。基于Richards Wolf矢量衍射公式仿真了不同偏振态下的高度局域时空涡旋的三维时空场分布，并对其强度和相位特性进行了分析。生成的水平偏振、垂直偏振以及45°偏振高度局域时空涡旋证明了本文所提方法的有效性。

火情探测是特种车辆灭火抑爆系统的重要组成部分，火情探测能力的高低直接影响车辆及其内部乘载员的安全。现有动力舱火情探测系统主要利用温度传感器和非成像光学火情探测器，但由于动力舱结构复杂，环境恶劣，基于温度传感器的动力舱火情探测系统由于无法实现舱内空间全覆盖安装，因此容易产生火灾漏报现象，而非成像光学火情探测器由于灵敏度过高容易产生火情误报现象，动力舱应用甚少。与现有动力舱火情探测系统不同，设计了红外成像火情探测系统，采用测温热像装置和测温显控装置，能够实现对动力舱一定目标空间内的实时温度监控，通过温度识别算法和设定预警温度阈值、报警温度阈值，实现了高温预警功能和火灾报警功能。利用标准火焰测试平台对探测系统进行了实验测试，结果表明红外成像火情探测系统的火灾响应时间小于5 s，满足国军标的要求。该系统将火灾发生后的报警提升到火灾发生前预警，能够有效避免动力舱火灾漏报问题，保护特种车辆内部人员安全。

提出了紧凑型矢量光场发生器中4f系统在横向和纵向上的精确对齐方法，并进行了实验验证。将设计的特定相位图加载到矢量光场发生器中，通过调整4f系统中各元件之间的距离以及物面和像面到相应透镜的距离，以CCD采集光斑图像的锐利程度作为判据来实现4f系统的纵向对齐。以空间光调制器的相位控制区域作为参考坐标系，采用四象限图测量另外三个调制区域的光斑在横向上的坐标位移，通过在设计的相位图中预补偿测量到的坐标位移来实现4f系统的横向对齐。实验结果表明，所提出的4f系统对齐方法可以显著减小矢量光场发生器中所调制光斑的衍射效应。

A fiber-based source that can be exploited in a stimulated emission depletion (STED) inspired nanolithography setup is presented. Such a source maintains the excitation beam pulse, generates a ring-shaped depletion beam, and automatically realizes dual-beam coaxial alignment that is critical for two beam nanolithography. The mode conversion of the depletion beam is realized by using a customized vortex fiber, which converts the Gaussian beam into a donut-shaped azimuthally polarized beam. The pulse width and repetition frequency of the excitation beam remain unchanged, and its polarization states can be controlled. According to the simulated point spread function of each beam in the focal region, the full width at half-maximum of the effective spot size in STED nanofabrication could decrease to less than 28.6 nm.