矢量偏振光束的发展对偏振敏感谐振腔的模式计算提出了新的要求,基于Fox-Li迭代法和琼斯矢量理论,提出了用于偏振敏感谐振腔的矢量Fox-Li迭代法。该方法可以计算偏振敏感谐振腔内的矢量偏振模式,包括角向偏振TE_01*模和径向偏振TM_01*模。通过Matlab编程对球面偏振敏感谐振腔内的矢量偏振模式进行数值计算,计算结果与理论一致,证明了该方法的正确性。然后基于轴快流(FAF)CO₂激光器平台,采用组合轴锥镜作为谐振腔的尾镜,得到了2.17 kW的角向偏振模式输出,与矢量Fox-Li迭代法仿真结果吻合,实验证明了该方法的有效性和准确性。矢量Fox-Li迭代法对于偏振敏感谐振腔的分析和设计具有重要的指导意义。

偏振态是激光光束的重要性质之一，偏振态的控制在激光加工领域中具有重要作用。提出了利用空间光调制器(SLM)结合1/2 波片和1/4 波片，实现线偏振、圆偏振、径向偏振和角向偏振4 种偏振态的控制方法，并利用琼斯矩阵，从理论上分析了4 种偏振态与两种波片快轴与x 轴的夹角及加载到SLM 中的灰度图像的对应关系。利用检偏器和CCD 相机采集了径向偏振和角向偏振的实验图像，结果表明该方法结构简易，能够通过改变波片角度参数和SLM中图像实现4 种不同偏振态的控制。

柱状矢量偏振光可广泛应用于光刻、光学微加工、光镊和光学超分辨等技术领域。为了解决现有产生柱状矢量偏振光装置结构复杂和偏振不可调等问题，从理论和实验两方面对基于相干涡旋位相调制的柱状矢量偏振光束的产生进行了研究。理论上分析和证明了相干涡旋位相调制产生偏振可调柱状矢量偏振光方案的可行性，并模拟了径向偏振光和切向偏振光经过检偏器的光强分布。同时，实验证明了理论的正确性，并通过旋转两涡旋位相板的相对角度，将获得的径向偏振光转换为切向偏振光，实验结果与理论分析一致。

角向偏振光经深聚焦得到的轴对称环状光斑在粒子捕获和高分辨率成像等领域有重要应用，但是实际的深聚焦系统必然存在一些像差。基于Richards-Wolf矢量衍射积分理论，利用数值方法具体分析了五种初级像差对角向偏振光深聚焦场光强分布的影响。结果表明：球差、场曲不会破坏会聚场关于光轴旋转对称的特性，在实际焦面上仍可得到较为紧凑的中空光斑；畸变仅使焦面上的中空光斑位置发生偏移，但不改变其形状；像散会拉长中空光斑；彗差使光强向中空光斑的一边偏移，当彗差系数较大时，光斑中空特性消失。

利用 Richards-Wolf 矢量衍射积分公式,获得矢量偏振贝塞耳-高斯光束经具有初级 慧差的高数值孔径系统聚焦后的 三维光场复振幅函数,模拟了不同慧差系数下聚焦光场的纵向分布,以及焦平面和光轴上的光强。研究表明,初级慧差的存 在导致矢量偏振贝塞耳-高斯光束的会聚光场发生偏移和变形,焦平面光强的分布和光轴上的光强峰值都受初级慧差和入 射光偏振态的共同影响,偏振态和初级慧差不影响聚焦光场在光轴上的对称分布。

通过柱坐标下的的分析方法, 获得径向偏振和方位角偏振贝塞耳-高斯光束经具有球差的高数值孔径系统聚焦后的三维光场分布函数, 根据光场分布函数模拟了不同球差系数下贝塞耳-高斯光束在焦平面和通过焦点的纵向切面上的光场分布。结果表明, 在球差系数增加时, 方位角偏振贝塞耳-高斯光束在焦平面上的圆环状光斑内半径逐渐变小到趋于恒定, 而外环半径先减小后增大; 而衍射焦点偏离高斯焦点的距离越来越大, 纵向光强不再对衍射焦平面呈对称分布, 调整离焦距离无法完全消除球差的影响; 径向偏振贝塞耳-高斯光束会聚场的光强随初级球差的变化规律与方位角偏振贝塞耳-高斯光束的一致。

热透镜效应对固体激光器的性能影响很大,准确测量热透镜焦距对固体激光系统的设计有重要意义。考虑热致双折射效应,利用等效谐振腔的g参数坐标图进行分析,推导了三种不同腔型结构下径向热透镜焦距和切向热透镜焦距系数的计算方法,分析并得出了测量热透镜焦距系数所需的腔型结构。实验采用Nd∶YAG作为激光晶体,三组激光二极管互呈120°侧向抽运。实验结果表明,在非对称平-平腔中,当激光晶体相对于两面腔镜位置不同时,谐振腔输出功率会出现不同的变化趋势,测量出径向热透镜系数为31.76 m·W和切向热透镜系数为42.26 m·W。实验验证了理论分析的正确性。