多层膜光学元件的设计是基于理想的单色光进行的，然而光源发出的光束均存在光谱线宽，在非单色光条件下工作，元件的光学特性会偏离理论值。为了分析光束线宽对多层膜光学元件的光学特性影响，首先，基于薄膜辐射特性的部分相干理论，提出了准单色光束入射条件下多层膜光学特性计算方法；其次，通过数值模拟实验研究了光束线宽对窄带滤光片光学特性的影响。研究结果表明：随着线宽增大，滤光片透射通带的矩形度逐渐降低，半高全宽先降低后增大，其在滤光片的理论半高全宽附近取得最小值；光谱线型主要改变透射通带的透射率，对于透射谱线的矩形度以及半高全宽影响较小；为了保证窄带滤光片的通带形状，入射光束的线宽应当小于滤光片透射谱线的理论半高全宽的一半，光谱线型应当趋近于矩形线型函数。

针对功率谱反演法模拟的海洋湍流相位屏中缺乏外尺度对光学特性影响的模型，基于Nikishov海洋湍流功率谱模型，提出一种指数型外尺度的Nikishov谱的修正模型，并通过功率谱的收敛性质及标准化光谱对该模型进行验证。相比于已有的包含外尺度参量的功率谱模型，该修正谱形式较为简单，便于分离变量，可在后续的研究中基于波动光学理论借助超几何函数对光学参量理论公式进行推导。基于该功率谱修正模型建立复合海水信道湍流相位屏仿真模型，针对功率谱反演法生成的相位屏存在低频信息不足的缺陷采用低频次谐波进行补偿，通过光线追踪的蒙特卡洛统计方法分析了湍流外尺度对高斯光束光学特性以及信号时域扩展特性的影响。波动理论数值计算与基于相位屏的仿真结果一致表明：在弱湍流条件下，海洋湍流外尺度对准直高斯光束光束扩展、质心漂移特性的影响较大，对光强闪烁的影响较小；海洋湍流外尺度对时域展宽影响较小，湍流影响下的信号时域扩展与传输距离近似呈现二次函数关系。