基于广义Huygens-Fresnel原理和Rytov相位结构函数二次近似的方法，推导出了径向分布高斯-谢尔模(GSM)阵列光束在湍流大气中传输时的交叉谱密度函数解析表达式，并利用表征光束相干性的空间复相干度系数，详细分析了GSM阵列光束在大气湍流中传输时的空间相干性变化规律。研究结果表明：径向分布GSM阵列光束的空间相干性由子光束空间相干长度、传输距离、大气折射率结构常数及相对径向填充因子等因素共同确定；径向分布GSM阵列光束通过湍流大气时，其空间相干度在传输过程中会出现多峰值现象，但是随着传输距离增大，多峰值现象逐渐消失并趋向于高斯分布，并且随着距离增大空间相干度宽度逐渐减小，光束空间相干性变差。

由Van Cittert-Zernike提出的部分相干光定理出发，研究了大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)及其列阵器件的空间相干特性。采用杨氏双缝干涉实验装置得到980 nm波段VCSEL单管器件的干涉条纹图样，再将干涉图样转换进行灰度读取处理得到光强分布图样，最后分别采用积分法和平均值法对光强图样进行计算，所得结果与由Van Cittert-Zernike定理所得的空间相干度理论值进行对比，并讨论了VCSEL器件发光孔径对其空间相干度的影响。实验结果表明提出的积分法计算出的空间相干度与理论值的误差在2.5%～37.4%。而常用的平均值法所得结果与理论值的误差为7.5%～120.5%。可见，传统算法误差普遍大于积分算法1.5～27倍。出光孔径在200～500 μm的单管VCSEL器件相干度在0.731~0.426之间，且发光孔径越小，其相干度越大。分析了积分平均值法和传统平均值法的优劣及VCSEL器件出光孔径对相干特性的影响，为VCSEL相干列阵的设计提供了必要的理论和实验依据。

强度调制大气激光通信要求远场强度分布均匀平坦，而光强均匀度将会由于其空间相干性的退化而有所提高。实验研究了一种D形多模光纤的输出光场强度分布特性，比较了激光经圆柱形多模光纤和不经过光纤的输出光场强度分布，证明了采用D形多模光纤作为模式混合器，输出的光束具有相干度低和均匀性好的特性。

采用Rytov相位结构函数二次近似的方法和广义惠更斯-菲涅耳原理, 推导出了部分相干平顶光束通过大气湍流传输的空间相干度公式,研究了湍流对光 束空间相干特性的影响。研究表明:部分相干平顶光束的空间相干性由大气湍流 折射率结构常数、光束的相对空间相关长度、平顶光束的阶数、传输距离和观察点 位置坐标等因素共同确定。部分相干平顶光束通过湍流大气传输时,其空间相干度 会出现振荡和相位奇异现象,但随着湍流的增强,振荡减弱,直至振荡和相位奇异 现象消失。

对使用高斯-谢尔模型光束的Z扫描做了理论分析,研究了光阑半径和空间相干度变化对Z扫描曲线的影响.研究发现:随着光阑半径的变大,Z扫描峰谷透过率之差逐渐减小直至为零,其作用效果与完全相干光一致;随着空间相干度的增加,峰谷透过率之差也逐渐增大,当空间相干度大于某一定值后,峰谷透过率之差达到饱和不变.部分相干光束的Z扫描实验为测量其空间相干度提供了一种可行的方法.

基于激光谐振腔的理想开腔模型及其在空间频率域的相干模式理论,通过数值模拟分析了含有相位调制型元件的光学谐振腔内光场空间相干性的影响,讨论了产生这种现象的物理机理.数值计算结果表明:空间相干性随光场在腔内振荡次数的增加最终仍然会趋于完全相干,但对不同的相位调制形式,光场空间相干性在腔内的演化情况有很大的区别.

基于激光谐振腔的理想开腔模型及其在空间频率域的相干模式理论,通过数值模拟分析了光腔内光场空间相干性的演化规律.以强度均匀的非相干光束为例,考虑了一系列硬边光阑的衍射效应对腔内光场相干性演化的影响,再现了腔内光场空间相干性的演化过程.数值计算结果表明:空间相干性随光场在腔内振荡次数的增加逐渐趋于完全相干,但对不同的光腔参量(如腔镜结构和腔镜面度),空间相干性在腔内的演化规律有很大的区别.

激光的远场分布一般是有规律的,但实际上,由于谐振腔的失调,有时出来的模式并不规则,而且由于模式的叠加,多数激光器出来的光是部分相干光。讨论了一些模式的远场分布和空间相干度对远场衍射分布的影响。

根据惠更斯-菲涅耳(Hugens-Fresnel)衍射积分,推导出高斯-斯克尔模型光束二阶相关函数经过光学系统的传输公式.引入与高斯光束类似的q参数.证明了高斯-斯克尔模型的q参数亦满足ABCD变换定律.