为了研究空心光束在非Kolmogorov湍流传输路径上的区域范围与各参量之间的关系及不同区域内光束的扩展情况, 采用广义惠更斯-菲涅耳原理推导了空心光束传输于非Kolmogorov湍流中的二阶矩宽度、瑞利区间及湍流距离的解析式, 并利用湍流距离把传输路径分割为3个区域进行数值分析。结果表明, 区域Ⅰ、区域Ⅱ的长度及区域Ⅲ的起始点都随湍流广义指数α的增大而先减小再增大（当α=3.11时出现一个极小值）, 且随遮拦比η和光束阶数M(及N)的增大而增大; M(及N)取值较小时（M(及N)<3）, 湍流在瑞利区间内对光束扩展造成的影响不能忽略, M(及N)和η越大, 越容易忽略湍流在瑞利区间内对光束扩展所构成的影响; 光束在传输路径上依次进入区域Ⅰ、区域Ⅱ及区域Ⅲ,其光束扩展逐渐变得更加剧烈, 且随着M(及N)和η的增加, 区域Ⅱ长度和区域Ⅲ的起始点相较于区域Ⅰ的长度增加更为显著。该研究结果为空心光束传输于湍流中的相关应用提供了参考。

提出了轴棱锥聚焦贝塞尔-谢尔模型光束产生空心光束的方法。应用交叉谱密度函数模拟了贝塞尔-谢尔模型光束通过轴棱锥后的光强分布。结果表明，空心光束的尺寸随着传播距离的增加逐渐增大。使用Tracepro软件模拟验证了该空心光束的自重建特性。设计相关实验进行验证，且理论分析、数值模拟与实验结果相吻合。此研究结果对于光镊等的实际应用具有重要的参考价值。

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。

提出了用波晶片产生可调矩形空心光束的新方案，根据晶体的双折射性质设计波晶片的厚度分布，使波片分别对o光、e光形成4台阶相位板和π 相位板，线偏振光垂直于波晶片表面入射，便可获得截面为矩形的空心光束。调节透光窗口的长和宽，则可调节空心光束截面的长与宽之比，光路简单，调节方便。用长焦距透镜组和圆锥面棱镜组成的光学系统聚焦衍射光，可获得近似无衍射矩形空心光束；用高数值孔径透镜聚焦，可获得矩形“空心饼”光束。

基于光束在各向异性单轴介质中的傍轴矢量传输理论，对可控空心光束(CDHB)在单轴晶体中的传输特性作了研究。得出该光束在单轴晶体中传输的横向慢变振幅的表达式，并利用此表达式作数值计算，研究了CDHB在单轴晶体中的传输特性。研究表明，可控空心光束在单轴晶体中传输时，控制参数ξ和光束阶数N的取值对其光强分布有较大的影响。随着控制参数ξ的增大，光束的暗斑尺寸也随之增大，光强则减小；研究还发现，当光束的阶数N增大时,光束的暗斑尺寸也随之增大，光强则减小；随着光束传输距离z的增加，中心光强逐渐加强，光强分布不再保持原来暗中空的特性。

为了研究空心光束通过硬边光阑透镜傍轴ABCD光学系统后的传输特性，利用柯林斯衍射积分公式，推导出了空心高斯光束通过受圆孔硬边光阑限制的傍轴ABCD光学系统的传输公式，所得公式可用来描述空心高斯光束通过任意傍轴ABCD光学系统的传输。研究了光阑、透镜以及光阑透镜系统对空心高斯光束传输特性的影响，并用数值例做了详细说明。结果表明，光阑和透镜均会使光束的光场分布向源平面前移，光阑会破坏空心高斯光束的空心性，而单纯的透镜只改变光场分布，不会破坏光束的空心性。这一结果对于空心光束的产生和应用有理论指导意义。

通过对由两个零级贝塞尔光束相干叠加形成的三维衍射光场的理论分析和计算机模拟,发现当双零级贝塞尔光束的有关参量满足一定条件时,会在光轴上形成一系列高质量的局域空心光束。在此基础上,进一步分析了这种阵列局域空心光束的大小、阵列周期及局域空心光束的质量与双零级贝塞尔光束和光路参量的定量关系。推导出双零级贝塞尔光束叠加时在中心暗斑位置达到完全干涉相消的条件是通过两个环缝的能量要相同,以及产生最佳局域空心光束的内外环缝光源半径的比值为0.465。该研究为进一步设计制备基于双零级贝塞尔光束干涉实现阵列局域空心光束的新型衍射光学元件提供了理论依据和设计参量。