激光光束质量M2因子的动态测量对激光器的设计、制造与应用均具有重要意义。本文提出了一种基于远场同轴全息的光纤激光器光束质量M2因子动态测量方法。通过偏振移相同轴全息技术直接获取待测激光的远场复振幅信息，利用角谱传输及透镜变换理论求解激光在自由空间中的光场强度分布，从而实现M2因子的动态测量。实验搭建了远场同轴全息装置，测量了不同纤芯直径光纤在632.8 nm 波长下的激光光束质量，其结果与BEAM SQUARED商用光束质量仪的测量结果一致。本文所提方法仅需0.02 s即可实现光纤激光的M2因子测量，比商用光束质量仪的测量速度提高了两个数量级以上。此外，本装置结构紧凑，能够避免透镜引入的装调及加工误差。

不同尺寸的局域空心光束可囚禁不同尺度的微粒，在生命科学和纳米科技中具有重要的意义。提出了一种利用普通球面透镜望远系统来变换局域空心光束尺寸的新方法。利用几何光学方法进行了分析，采用ZEMAX光学设计软件实现光线追迹进行模拟。实验中拍摄并测量了经望远系统变换前后的局域空心光束的尺寸。结果表明，局域空心光束尺寸的变换比等于两个透镜的焦距比（望远系统的放大倍率），理论分析和数值模拟与实验结果吻合。

根据远距离激光跟踪瞄准系统对出射激光束的准直要求，设计了一个倍率18的激光扩束系统，系统地介绍了设计方法。按照高斯光束的透镜变换理论，计算了该扩束系统的正确离焦量，分析了系统的焦点偏移量对出射光束束腰位置和束腰半径的影响，指出扩束效率对焦点偏移量非常敏感，预测了精密调焦机构要注意的问题。

卫星激光通信需要进行端机远场模拟及远场测试技术研究。在室内短距离模拟远场分布的测试系统中，可以采用透镜变换，在透镜焦平面处得到远场分布。实际测试时引入点光源及平面反射镜，保证焦面位置确定的准确性。模拟卫星激光通信端机平行出射光的远场光斑，经实验检测，光斑第一、二、三级暗纹直径与远场光斑理论值比较的相对误差均小于5%。这表明，该方案可以准确模拟和测试端机远场。该研究工作对卫星激光通信捕捉概率的研究、通信研究、光链路功率的实测核准以及端机性能的整体评估有重要意义。

对于轴锥镜(axicon)透镜产生的无衍射光,它的中心光斑半径和无衍射光距离是固定的,一旦应用中要求新的光束参数,则只能再制造一个新的轴锥镜透镜。本文提出一种用普通球面透镜望远系统来改变无衍射光束参数的新方法。该方法是基于无衍射光和环光源之间的透镜变换关系。无衍射光首先被望远系统的第一块透镜变换为一个环光源,第二块不同焦距的透镜再将该环光源变换为一个不同参数的新无衍射光。新的光束参数由两个透镜的焦距比值决定。