为了研究宽带TEM22模厄米-高斯光束通过受光阑限制色散会聚透镜系统的微米焦开关现象, 采用数值计算方法对TEM22模厄米-高斯光束的光强分布进行了分析, 取得了传输轴上光强分布的数据。结果表明, 带宽变化引起轴上TEM22模厄米-高斯光束两个光强极大的相对大小改变, 结果导致光强主极大位置跃变; 当相对带宽γ=0.231且菲涅耳数Fw=100时, 光强主极大位置跃变距离为2.5μm, 出现微米焦开关现象; 带宽和菲涅耳数是影响光束微米焦开关的重要因素; 菲涅耳数较大时, 较窄的带宽就可以诱导微米焦开关, 反之则需要较宽的带宽。此研究结果有助于光通信技术中微纳光学器件的设计和制作。

为了研究频带宽度对激光光束传输和激光应用产生的影响, 采用衍射积分推导了矩形谱宽带激光通过双焦色散透镜后的传输公式, 利用数值计算研究了矩形谱宽带激光带宽诱导的焦开关现象, 分析得到带宽对光强分布和焦开关的影响。结果表明, 带宽是影响光强分布和焦开关形成的重要因素; 带宽变化会导致光强分布中光强主极大从一个位置跃变到另一个位置, 从而形成焦开关现象。该研究结果有助于进一步推动宽频带激光的应用。

为了研究余弦平方-高斯光束通过像散透镜后的焦开关现象,应用Collins公式推导出了聚焦余弦平方-高斯光束轴上光强分布的表达式，通过数值运算得到了像散参量对轴上光强分布的影响。结果表明，在给定光束参量和光束菲涅耳数的条件下,光束入射面位置不同时,余弦平方-高斯光束通过像散透镜后的相对焦移随像散参量变化而变化，确定了在此条件下，产生双焦开关时光束入射位置的范围。

为了研究余弦平方－高斯光束通过无光阑透镜后的聚焦特性，采用Collins公式推导了聚焦余弦平方-高斯光束轴上光强分布公式，并利用空间2阶矩法求得光束束腰宽度的解析表达式。通过数值方法研究了轴上光强的双焦开关现象和由束腰所在焦平面的焦移现象，得到了这两种现象随光束参量b、相对入射距离s′及菲涅耳数N_F的变化关系。结果表明，只有b＞1时才出现双焦开关现象，而实际焦平面在s′≠1时存在焦移。

为了从理论上对部分相干环形光束被透镜聚焦后轴上点的光强分布以及焦移和焦开关现象进行研究，采用惠更斯－菲涅耳衍射积分方法进行了理论分析，取得了轴上点光强分布及焦移、焦开关现象的相关数据。结果表明，焦移量不仅依赖于环形光束外半径的菲涅耳数，还依赖于入射部分相干光的空间相干度和中心拦截比。菲涅耳数越大，焦移量越小；部分相干光的空间相干度越高，焦移量越小。菲涅耳数一定时，环形光束的中心拦截比越大，焦移越大。对于某一固定的空间相干度，随着菲涅耳数的降低会出现焦开关现象。这些结果对研究部分相干环形光束的聚焦性质是有帮助的。

应用惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,研究了厄米-余弦-高斯光束通过像散透镜后的焦开关现象。数值计算结果表明,厄米-余弦-高斯光束通过有像散透镜的光学系统,在像散参数和光束菲涅耳数一定时,改变光学系统几何参数δ(即光束入射面到透镜的距离与透镜焦距之比),不仅在δ=1.0时发生通常所说的焦开关现象,而且在δ≠1.0时的其他位置也可以产生焦开关现象, 即焦开关现象不仅可以在几何焦点处产生,也可以在几何焦点右侧或左侧产生。讨论了光束参数对焦开关的产生及其位置的影响; 分析研究了在给定光束参数和光束菲涅耳数条件下,光学系统几何参数δ取不同值时,厄米-余弦-高斯光束通过像散透镜后的相对焦移随像散参数的变化规律。结果表明,可以通过改变光束参数和像散参数来控制焦开关发生的位置和产生焦开关的次数。

推导了复变量双曲余弦平方-高斯光束(EchSGB)被无光阑透镜聚焦后的轴上光强分布公式,在此基础上通过数值计算和分析发现,EchSGB只有在远距离照明条件下才存在焦开关现象.焦点跃变位置随光束参数和对应高斯光束的菲涅尔数不同而变化,得到了EchSGB在平顶情形下产生焦开关的相对入射距离为11.13,表明在远距离照明和无光阑透镜精密调焦时,对于EchSGB要考虑焦开关现象的影响.

从交叉谱密度矩阵的传输公式出发，对多色矢量高斯－谢尔模型(GSM)光束的焦移和焦开关作了详细的研究．插入偏振片之前，多色矢量高斯－谢尔模型(GSM)光束通过硬边光阑透镜分离光学系统后，有焦移，但无焦开关；而插入偏振片之后，会出现焦开关．改变偏振片的旋转角度可以控制焦开关的特性．

对厄米双曲余弦高斯光束通过光阑透镜分离系统的轴上光强分布做了详细的数值分析.研究发现,在一定条件下轴上存在两个光强极大值点,并且在这两个极大值点相互竞争中会出现焦点位置的有效置换,即出现焦开关.厄米双曲余弦高斯光束产生焦开关的条件是:光阑与透镜相对间距为1,光束阶数为偶数,光束参数小于其相应的临界值,截断参数在它的两个临界值之间.进一步研究表明,焦点位置相对跃迁量和轴上相对光强下凹量随光束参数的减小而增大,但是随着截断参数的增大焦点位置相对跃迁量和轴上相对光强下凹量将分别出现一个极大值.在大范围调焦的应用中,可利用焦开关实现调焦之目的;在精密聚焦的激光应用中,应控制焦开关的产生.

详细研究了贝塞尔-高斯光束被无光阑透镜聚焦后的焦开关效应.推导出了轴上最大光强位置满足的一元三次方程和相对跃迁量公式,并用数值计算对理论结果作了说明.研究表明,当光束参数大于√2时,聚焦贝塞尔-高斯光束会有焦开关现象出现.相对跃迁量随着光束参数的增大而增大,轴上归一化光强最小值随着光束参数的增大而减小,并且当光束参数大于3.9时,轴上归一化光强最小值为零.