基于三维耦合波理论并利用二维Runge-Kutta数值法，研究了空间域和时间域都为高斯分布的脉冲激光光束经边界形状被截取后的体全息光栅(VHG)的衍射特性，分析了再现过程中入射参考光的偏振态及光栅边界形状的改变对衍射光束在频谱域和时间域分布以及衍射效率的影响。计算结果表明，通过对VHG边界形状进行合理的截取，控制读出光束的偏振态，并恰当选择入射光的脉冲宽度，可以改善脉冲衍射光束在频谱域和时间域的分布情况，获得衍射效率更高，光束质量更好的衍射光脉冲。

为了研究不同脉宽情况的线性啁啾脉冲高斯光束在传播方向和横截面内的载波相位变化分布，采用数值研究方法，对载波相位在传播过程中的变化进行了研究。由数值研究可知，在传播方向上，不同脉宽的脉冲光束，从负无穷远到正无穷远将经历π相位变化，并在正无穷远处渐尽于-π/2；在传播距离越远的平面，其载波相位变化量越小，且其变化量为0的位置r越小。结果表明，载波位相变化的特点主要由波前和相位曲率半径的关系决定。

采用复 q 参量法对啁啾脉冲高斯光束在自由空间中的传输进行了分析.在啁啾脉冲光束谱宽相等的条件下，采用数值方法，分别研究了其载波相位在传播方向与径向上的漂移情况.研究表明:在光轴上远场，载波相位漂移量趋近于－π/2;在原点附近，存在一个近线性分布区间，其变化率与瑞利长度成反比;介于两者之间，正啁啾使载波相位有更大的漂移，而负啁啾的作用与之相反.在径向方向上，啁啾系数越大，载波相位漂移量越大，变化越快，且其经历0点的位置也更靠近光轴.

基于Kogelnik一维耦合波理论以及离散傅里叶变换,分析反射型体光栅对一定时、空域分布的激光光束的衍射特性,给出衍射光束在时、空域光强分布的表达式;模拟计算体光栅对超短脉冲高斯光束的衍射效果,给出衍射光束时、空域光强分布与光栅各参量的变化关系。结果表明,提高光栅的折射率调制度或适当选择光栅的周期,可增加反射型体光栅的角谱和光谱衍射带宽;增加光栅的厚度,可以使体光栅具有较高的衍射效率;此时,当超短脉冲高斯光束的中心波矢满足体光栅布拉格条件入射时,衍射光束的时、空域光强分布与入射光束的分布基本一致,衍射效率高达95%以上,这给反射型体光栅对超短脉冲高斯光束的空间低通滤波提供了理论指导。

采用傅里叶频谱分析法, 将超短脉冲高斯光束展开为单色单角谱成分的线性叠加; 利用Kogelnik一维耦合波理论, 分析透射型体光栅对各单色单角谱成分的衍射特性; 再通过逆傅里叶变换得出衍射光波的时空分布与光栅各参量的对应关系。结果表明：衍射光束在时域以及在光栅波矢与光栅前表面法向所构成平面内的空域光强分布随光栅周期的减小而呈展宽趋势, 且在空域的展宽趋势较为迅速, 与入射光束在空域进行比较, 衍射光束空域分布发生非常明显的畸变; 衍射光束在时域以及在光栅波矢与光栅前表面法向所构成平面内的空域光强分布随光栅厚度的增大亦呈展宽趋势, 且展宽速度相当, 与入射光束在时域和空域比较, 均发生了较明显的畸变。

基于瑞利索末菲衍射积分公式，在未作近轴近似的条件下，推导出等束宽超短脉冲高斯光束通过线性色散介质的远场公式，并用于研究其远场特性，所得公式可用于大衍射角情况．结果表明，等束宽脉冲高斯光束的频谱上存在一临界角，小于临界角时，出现蓝移；大于临界角时，出现红移，红移量随着衍射角的增大而增大．而脉冲波形将经历时间移动，移动量随衍射角的增大而增大；远场高斯脉冲波形将不再保持不变．此外，群速度色散将引起啁啾，啁啾量随衍射角的增大而减小．

利用二维耦合波理论，研究了体光栅对时间和空间都为高斯型分布的脉冲激光光束的衍射性质，得到了衍射和透射光振幅的解析表达式。讨论了体光栅的结构参量对衍射光束的空间和频谱强度分布以及衍射效率的影响。结果表明，体光栅的波长选择带宽和衍射光束带宽随着结构参量的增大而增大，衍射效率随着入射脉冲时间宽度的增大而增大，并趋于定值，结构参量值越小，达到饱和的速度越慢，饱和值越大。

基于瑞利-索末菲衍射积分，使用复解析信号法推导出了啁啾脉冲高斯光束在自由空间中的传输方程及其傅里叶谱，给出了远场的光场和空间光强的解析式，研究了啁啾参数C对脉冲光束传输的影响。结果表明，当啁啾参数C较小时，随啁啾参数增加，其轴上光谱蓝移增加C2倍，其轴上谱线宽度增加(1+C2)1/2倍。随衍射角增大，轴外光谱红移比无啁啾参数时快。脉冲宽度较小时，啁啾参数增大，轴上光强增大，横向光强分布越集中于传输轴附近;脉冲宽度较大时，啁啾参数增大对横向光强的影响减小。啁啾参数的正负号不影响横向光强分布和光谱分布。

考虑到激光腔模中光腰的频率依赖性,得到了超短脉冲高斯光束经消色差透镜聚焦后光场的解析形式,并讨论了此时透镜群速度色散对光束聚焦性质的影响.分析了单透镜色差和群速度色散对超短脉冲高斯光束聚焦的时间分布及脉冲波面的影响;比较了消色差透镜及单透镜中脉冲初始光腰尺寸对聚焦的影响.