类比相干光束中刃型位错概念，提出一种新的相干奇点——相干刃型位错。对高斯-谢尔模光束携带的相干涡旋和刃型位错在海洋湍流中的相互作用进行研究。基于扩展的惠更斯-菲涅耳原理，得到了该光束在海洋湍流环境下的交叉谱密度表达式，并将其用于研究相干涡旋和刃型位错的相互作用。研究发现：相干刃型位错在相干涡旋的作用下发生断裂并转化成相干涡旋。在光束传输过程中，光场中有单个或成对相干涡旋的产生或湮灭现象发生。二者之间的作用特点不仅与传输距离有关，还受光束初始参数和海洋湍流参数的影响。二者之间的作用规律与自由空间光涡旋和刃型位错的作用规律不同。

为了探讨非相干叠加光束携带C点偶极子的演化特性, 推导了携带C点偶极子的高斯光束非相干叠加传输表达式, 并进行了数值模拟研究。结果表明,构成C点偶极子的两个C点的位置和偏振度会随着相关参数的变化而改变;在旁轴情形下, 没有C点产生和湮灭, 并且这两个C点连线的斜率随着传输距离的增加而单调增加;在非旁轴情形下, 当光束传输到z= 0.01zR时, 有多个C点偶极子产生, 在z=10.39zR时又出现C点偶极子的湮灭;在瑞利距离zR处, 光腰半径增加到 0.222μm和0.56μm时分别出现C点偶极子的产生和湮灭; 随着离轴距离和光束波长的变化, 也出现C点的产生和湮灭。研究结果对深入理解偏振奇点矢量光束和寻找奇点光学潜在应用具有一定参考价值。

光场相位奇异特性研究在奇点光学研究领域中具有非常重要的意义。本文运用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式推导出高斯涡旋光束通过像散透镜后的光场分布表达式, 并研究了它在几何焦平面上的相位奇异特性。结果表明, 高斯涡旋光束通过像散透镜后在几何焦平面上存在相位奇点, 相位奇点受到透镜的像散系数、光束束腰宽度和涡旋离轴量等参数的影响。在一定条件下, 几何焦平面上出现直刃型位错线或光涡旋。当像散系数为0时, 光涡旋出现在y轴上。当像散系数不为0, 而涡旋离轴量为0时, 会出现直刃型位错线或光涡旋, 且各自的位置都非常稳定。当像散系数、涡旋离轴量或束腰宽度改变时, 光涡旋会发生移动。这对光学元器件的设计和涡旋光束相位奇点的控制有一定的参考价值。

光场的相位奇异特性是奇点光学研究的重要内容。运用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式，推导得到异常空心光束通过像散透镜后的光场分布表达式和相位奇点分布表达式，并研究了其在几何焦平面的相位奇异特性。结果表明，异常空心光束通过像散透镜后，在几何焦平面上存在相位奇点，且相位奇点受到透镜的像散系数和光束束腰宽度等参数控制。在一定条件下，几何焦平面上会出现椭圆或圆刃型位错线、光涡旋。当像散系数或束腰宽度改变时，椭圆或圆刃型位错线发生变化，光涡旋也会发生移动、湮灭和产生。

利用杨氏双缝和马赫曾德干涉提出一种检测随机电磁光束的广义斯托克斯参数的实验方法.部分相干光通过杨氏双缝后，用光阑、半波片和偏振片组成的马赫曾德干涉光路进行处理，检测干涉条纹的相干度和单个缝的光场强度，得到光束的交叉谱密度矩阵，进而得到光束的广义斯托克斯参数.实验结果表明，同方向偏振的光分量的空间相干度高于正交偏振方向的光分量.该方法可用于研究光束传播过程中的偏振特性和相干特性的变化.

以傍轴高斯涡旋光束为例，对部分相干涡旋光束的磁场在源平面的光谱Stokes奇点变化规律做了研究，并与部分相干光束电场的光谱Stokes奇点做了比较。研究结果表明，部分相干高斯涡旋光束在源平面内，存在着磁场和电场的光谱Stokes奇点。适当改变光束束腰宽度以及离轴量等光束控制参数会出现磁场和电场的光谱Stokes奇点的移动、产生和湮灭。与部分相干光束电场的光谱Stokes奇点比较表明，二者并不重合且拓扑电荷不同，但具有一定的对称性。磁场和电场的光谱Stokes奇点在变化过程中满足拓扑关系。

基于菲涅耳衍射积分方法、Stokes参量和复Stokes标量场，推导了两束单色傍轴矢量光束相干叠加和非相干叠加形成的合成Stokes奇点在自由空间传输时的表达式，研究了合成Stokes奇点在自由空间随振幅比变化的传输特性，同时分析了振幅比对合成Stokes奇点的偏振度的影响.结果表明：在自由空间传输时，合成Stokes奇点的数目、位置和奇点指数受振幅比影响.相干叠加场中，合成Stokes奇点的偏振度始终为1.在z=0面上，当振幅比η≠1时，C点、S23和S31奇点的奇点指数会发生反转；在z>0面上，产生奇点指数加倍的S23奇点.非相干叠加场中，合成Stokes奇点的偏振度小于1且随振幅比发生变化.在z>0面上，随振幅比η的改变，会产生不稳定的V点，V点会重新分裂为S23奇点和旋向性发生反转的C点；随振幅比η的进一步增加，S23奇点会湮灭.研究还发现，合成Stokes奇点的奇点指数之和守恒.

根据角谱法和稳相法，推导了正弦高斯涡旋光束TE波和TM波在远场传输和能流密度的解析表达式，研究了正弦高斯涡旋光束在远场中的相位奇点和能流密度分布.结果表明:正弦高斯涡旋光束的远场特性与高斯光束的束腰宽度、涡旋离轴量、坐标位置以及与正弦项相关的参量有关.在一定条件下，远场中会出现相位奇点和能流密度黑核；当控制参量改变时，相位奇点和黑核的位置会发生移动，但原点处不受影响.相位奇点和能流密度的对称性主要受涡旋离轴量影响，当涡旋离轴量为0时，相位奇点和能流密度分布关于原点对称；当涡旋离轴量改变时，相位奇点和能流密度分布呈现出非对称性.

利用角谱法和稳相法，推导出了异常空心涡旋光束的TE波和TM波在远场传输和能流密度解析表达式，研究了异常空心涡旋光束在远场中的相位奇点和能流密度分布。结果表明，在一定条件下，光场中会出现椭圆（或圆）刃型位错、直刃型位错和光涡旋；当涡旋离轴量或束腰宽度改变时，相位奇点会发生变化。能流密度的黑核位置、对称性和是否形成椭圆暗环受涡旋离轴量的影响。

针对脉冲周期在ms量级、脉宽为ns量级的高功率激光系统输出的短脉冲串，根据其周期性特征及放大过程的特点，在忽略损耗系数和自发辐射的情况下，将1个周期近似分为泵浦和放大2个阶段。运用端面泵浦瞬态速率方程组，导出了2阶段变换时刻所对应的上能级粒子数之间的半解析关系式。据此，在模拟光纤长度对增益影响的基础上，研究了2阶段腔内平均上能级粒子数密度随时间的周期性变化关系，定量分析了脉冲前沿消耗增益对脉冲后沿形状的影响。结果表明：光脉冲前沿增益可达29.22 dB，其后沿增益低至0.82 dB，光脉冲后沿波形必然存在畸变，验证了所得结论的合理性。