基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式, 以LohmannⅠ型光学系统为例, 推导出Bessel光束通过含光阑的球差分数傅里叶变换系统后的场分布表达式, 通过数值模拟计算了Bessel光束在理想分数傅里叶变换系统中的传输特性以及光阑和球差对光束传输的影响规律。研究表明: Bessel光束通过分数傅里叶变换系统后不再保持其传输不变性; 系统只含光阑时, 可在常规傅里叶变换面上获得空心光束; 系统同时存在光阑和球差时, 正球差下输出面可获得聚焦性更好、中心光强更强的光束; 光阑较小时, 轴上光强分布主要受光阑影响, 光阑达到一定数值后, 轴上光强分布主要受球差影响。

研究了轴棱锥聚焦像散椭圆高斯光束的光场分布特性，根据菲涅耳衍射积分理论导出了椭圆高斯光束经轴棱锥衍射后的光场分布，通过数值积分给出椭圆高斯光束经轴棱锥聚焦后的近轴光场强度分布情况，将其与圆高斯光束产生的近似Bessel-Gauss场进行比较，发现椭圆高斯光束经轴棱锥聚焦后的光束在一定的传播距离内也具有无衍射特性，且轴上光强分布与圆高斯光束产生的Bessel-Gauss光束的轴上光强分布具有相似的形式，而这种无衍射光场的强度在垂直于光轴的平面上不再是柱对称分布。根据近轴球面波产生近似Bessel光束的最大无衍射距离公式计算了椭圆Bessel-Gauss光束在子午面和弧矢面上的最大无衍射距离，整个光束的无衍射距离由入射到轴棱锥上的椭圆光斑短轴方向的尺寸决定。

采用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式推导出厄米-余弦-高斯光束通过负折射率平板材料的传输公式，并利用其解析式进行数值计算和分析。研究结果表明：负折射率平板材料中的负折射率只影响光束的两次聚焦位置；光束参数不仅会改变厄米-余弦-高斯光束的轴上光强分布，还会改变横向光强的分布，但对厄米-余弦-高斯光束轴上最大光强和横向最大光强的位置均没有影响。

根据菲涅耳衍射积分和拉盖尔高斯光束场强分布，对拉盖高斯光束中的圆孔衍射、单缝衍射和方孔衍射进行了研究，并分析了拉盖高斯光束的相位结构对光束衍射后场分布的影响。拉盖高斯光束的相位奇点落在衍射孔中心时，由螺旋谱计算出拉盖高斯光束通过单缝和方孔衍射后的轨道角动量的弥散程度，从理论上证明了拉盖尔高斯光束通过圆孔衍射后，轨道角动量不发生弥散。

为了研究双曲正弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性, 利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法推导了光束强度分布解析表达式, 据此结合空间二阶矩定义得到了束腰宽度和位置的解析表达式, 并对光束强度分布、光斑尺寸、束腰宽度及其位置进行了数值计算和分析。结果表明, 轴向光强分布呈周期性变化, 横向光场分布受梯度折射系数和光束参量影响, 通过对这些参量的适当调整, 可以改变光斑尺寸和束腰位置。

以高斯光束为例, 研究了非线性介质表面振幅调制型缺陷对光场的调制。基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分并采用泰勒级数展开方法, 建立了高斯光束经过表面存在缺陷的非线性介质后的传输模型, 得到了受缺陷调制光束经非线性介质后的光强分布解析式, 研究了缺陷尺寸和光束在非线性介质中产生的附加相移大小对光强分布的影响, 结果表明介质表面的缺陷尺寸越大, 介质内产生的附加相移越大, 光场受到的调制越严重。分别考虑了非线性折射率为正值和为负值的情况, 研究发现相应的折射率值导致光束发生会聚或发散现象, 并由于缺陷调制的作用, 在光束传输过程中始终存在一光强极值点, 且随着附加相移绝对值的增大光强极值点的峰值也随之增强。

基于广义惠更斯菲涅耳衍射积分和相干偏振统一理论，研究了有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间的传输特性，推导出了有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的交叉谱密度矩阵解析式，通过数值计算分析了有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的光谱强度分布。研究结果表明振幅和相位调制半径、调制深度都会对部分相干方形平顶脉冲电磁光束的光谱强度分布产生影响，有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的光谱强度分布与相干长度、脉冲时间相干长度和传输距离有关。

光学元件上不可避免存在的“缺陷”会对传输光束产生调制，基于广义惠更斯菲涅耳衍射积分和角谱的定义，推导出了高斯光束经有限个小尺寸振幅调制型“缺陷”之后的光强和角谱解析式。详细研究了振幅调制型“缺陷”的尺寸大小及调制幅度对受调制光束的光强分布和角谱影响。结果表明，经过“缺陷”的光束传输一定距离之后光强恢复为高斯分布。而“缺陷”的尺寸越大，光强分布恢复为高斯分布所需的传播距离越长，且随“缺陷”尺寸及调制幅度增大，低频区的角谱减小，中高频区的角谱增大。

光学元件上不可避免地存在的“缺陷”会对传输光束产生局域振幅和相位调制。基于菲涅耳衍射积分，建立了高斯光束经局域相位调制后的传输模型，得到了高斯光束经有限多个小尺寸局域相位调制后的光强分布和角谱解析式，详细研究了相位调制尺寸与调制深度对光束光强分布和角谱的影响。结果表明，不同调制尺寸、调制深度对高斯光束在传输过程中的影响相似。且调制深度越大，产生的最大光强越大。相位“缺陷”尺寸越大产生的最大光强的位置离“缺陷”越远，随着调制深度、尺寸的增大和调制位置距光轴距离越近，低频区的角谱越小，中高频区的角谱越大。

利用带有不同拓扑荷数的两束涡旋光束进行共轴叠加，产生了一种新型光束双涡旋光束，其光强分布为双环结构。从实验和理论两方面对其传输特性进行了研究。研究表明，双涡旋光束的双环携带不同的轨道角动量，且相互独立地传输。此外，当双涡旋光束的内部拓扑荷数保持不变时，双涡旋光束两环间的距离随着外部拓扑荷数的增大而变大。