为探究聚焦扭曲厄米-高斯-谢尔模光束对瑞利粒子的捕获特性, 基于广义惠更斯-菲涅耳原理和瑞利散射理论, 推导了扭曲厄米-高斯-谢尔模光束经过聚焦透镜后光强和辐射力的解析表达式, 并数值模拟分析了扭曲厄米-高斯-谢尔模光束对瑞利粒子的辐射力随光束阶数、扭曲因子等光束参数和透镜焦距的变化规律。结果表明, 扭曲厄米-高斯-谢尔模光束的光场分布在传输过程中逐渐分裂并绕着传输轴旋转; 梯度力和捕获稳定范围随着光束阶数和扭曲因子增大而增大; 通过选择合适的光束参数和透镜焦距, 可以实现对不同折射率的两种瑞利粒子的稳定捕获。研究结果对扭曲厄米-高斯-谢尔模光束在光镊技术中的应用具有一定的参考价值。

基于Andrews和Philips经典漂移方差模型, 利用部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中斜程传输的光束扩展半径, 推导出考虑外尺度情况时部分相干高斯-谢尔光束斜程情况下的漂移方差表达式, 应用随高度变化的大气结构常量模型进行数值计算, 对比分析了部分相干光和完全相干光在大气湍流中的展宽和漂移特性.结果表明: 相同的传输条件下, 部分相干光比完全相干光的光束扩展更迅速, 受湍流的影响也更小；初始半径越大, 接收机高度越高, 光束的扩展效应越小；随着传输距离的增大, 光束的质心漂移方差随光束初始半径的增大而减小, 不同相干性的光束漂移方差变化很小；完全相干光的光束漂移受波长的影响较小, 而部分相干光的波长越长, 漂移越明显.

根据广义惠更斯-菲涅尔原理和Collins公式, 基于复高斯函数展开法, 推导出椭圆偏振的高斯-谢尔模型光束经过矩形光阑衍射后的交叉谱密度公式, 结合斯托克斯矢量理论推导了椭圆偏振高斯-谢尔模型光束在接收平面的光强、偏振度、方位角和椭圆度的表达式, 数值分析了光阑的孔径遮拦比对光强、偏振度及方位角和椭圆度的影响.结果表明, 光阑的孔径遮拦比在近场区对经过光阑后椭圆偏振高斯-谢尔模型光束的光强和偏振特性有显著影响;随着传输距离的增大, 光强和偏振特性受孔径遮拦比的影响减小, 光强和偏振特性变化平稳.

以修正Rytov 方法为基础，利用部分相干高斯-谢尔(GSM)光束模型并结合Andrews 的唯像闪烁模型，研究部分相干光在大气湍流中的光强闪烁效应。推导出适用于不同湍流情形的部分相干光对数光强起伏方差表达式，系统分析了部分相干光在大气湍流中的光强起伏方差。结果表明：在同等的湍流环境下，部分相干光比完全相干光的光强起伏方差要小；光束相干性越差，光强起伏越小，抗湍流能力越强。在不同大气湍流情形下，光源相干性、大气折射率常数等参数对光强起伏都有不同程度的影响。

基于部分相干高斯谢尔模型（GSM）光束在强湍流中的光束扩展半径，利用Andrews和Philips经典漂移方差模型推导了部分相干光在中强弱大气湍流中水平传输的漂移方差表达式，讨论了部分相干光在中、强、弱大气湍流中的展宽和漂移特性。结果表明：部分相干光的光束扩展受湍流的影响比受完全相干光的影响要小，初始半径越小的光束受到湍流的影响越大。短距离传输时，不同波长引起的光束漂移差别很小，且随着初始光束半径的增大这种差别随之减小。传输距离大于2 km时，中强湍流中光束漂移均与波长有关且强湍流区漂移量较为明显。传输距离在10 km内，光束空间相干长度大于0.005 m时，光源空间相干长度对漂移的影响很小。

为了研究高斯-谢尔模型光束的偏振特性, 采用交叉谱密度矩阵的方法, 研究了该光束通过聚焦光学系统的偏振特性, 得到了完全偏振和完全非偏振光束保持偏振度不变的条件, 并给出了通过聚焦光学系统后传输平面偏振度实现均匀分布的条件。结果表明, 聚焦光学系统中偏振度在焦点位置附近有明显的起伏变化; 焦点位置上的偏振度等于其在自由空间传输时的远场稳定偏振度。该研究对激光传输领域具有重要的理论和现实意义。

基于非Kolmogorov谱模型，利用广义惠更斯-菲涅耳原理，推导出了高斯谢尔模型（GSM）光束在非Kolmogonov大气湍流中光谱的解析表达式，并用其研究了非Kolmogorov大气湍流对GSM光束光谱变化的影响。结果表明，GSM光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时有光谱移动（蓝移和红移）和光谱跃变发生。光谱跃变的发生与离轴距离r、广义指数参量[α]、广义结构常量[C2n]、湍流内尺度l0、湍流外尺度L0和传输距离z有关。随着广义指数参量[α]的增大、湍流内尺度l0的增大及广义结构常量[C2n]的减小，光谱跃变量[Δ]减小，光谱跃变临界位置zc增大。该研究工作可为自由空间光通信等实际应用提供理论模型和计算依据。

基于广义惠更斯-菲涅耳原理，采用Rytov相位结构函数二次近似和硬边窗口函数的复高斯展开法，推导了受光阑限制的多色高斯-谢尔模型(GSM)光束在大气湍流中的二阶矩束宽公式。研究表明：二阶矩束宽随着大气湍流折射率结构常数、源光谱带宽和光束传输距离的增加而增大，随着光束截断参数和光束相干参数的增加而减小；并且，当源光谱带宽越大、光束截断参数和光束相干参数越小，则湍流对受光阑限制的多色GSM光束扩展的影响就越小。

为了统一地研究多色高斯-谢尔模型(GSM)光束通过杨氏双缝衍射后在近场和远场的光谱移动和光谱开关现象，利用部分相干光的广义衍射积分公式，得到了多色GSM光束通过杨氏双缝和ABCD光学系统后的谱强度解析表达式。从该式可看出，多色GSM光束轴上光谱移动的成因是不同频率成分的光具有不同的菲涅耳数。利用谱强度解析式并以自由空间作为ABCD光学系统的典型代表，对多色GSM光束在近场轴上和远场轴外的光谱移动和光谱开关现象作了数值计算研究。结果表明，所得谱强度解析表达式对GSM光束通过杨氏双缝衍射后的光谱移动和光谱开关现象的研究有一定的理论价值。

从部分相干光的交叉谱密度函数传输公式出发，推导了高斯谢尔模型(GSM)光束被球差透镜衍射后轴上光强分布的解析公式，并进行了数值模拟和物理分析。结果表明，具有一定束腰宽度和空间相干度的GSM光束经过负球差透镜聚焦后，可以获得轴上光强的均匀分布。通过改变GSM光束的束腰宽度和空间相干度来实现轴上光强均匀分布的方法很简单，转换效率高。