以广义惠更斯-菲涅耳原理为基础,推导高斯谢尔模型光束在生物组织中的光谱解析表达式,并利用归一化光谱和相对光谱移动,研究高斯谢尔模型光束在生物组织中传输时的光谱变化。结果表明:高斯谢尔模型光束在生物组织中传输时会出现光谱蓝移、红移及跃变,且与离轴距离、传输距离、生物组织类型(不同的折射率结构常数)及空间相关长度有关;随着传输距离增大,折射率结构常数增大,即生物组织湍流越强,空间相关长度越大,光谱跃变位置越远,跃变量越小,即光谱跃变现象越弱,光谱红移转变为蓝移的传输位置越远;折射率结构常数和空间相关长度越大,光谱跃变对应的离轴距离越大,即跃变的观察点到传输轴的距离越大。

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射原理和光束的偏振相干统一理论, 研究了高斯-谢尔模型光束在Kolmogorov海洋湍流中传输时偏振特性的变化规律, 得出了保持偏振特性不变时的条件.在此基础上, 研究了完全偏振线偏振光与圆偏振光在海洋湍流中的偏振传输特性, 结果表明: 在Kolmogorov海洋湍流下, 完全偏振的高斯-谢尔模型光束的偏振特性不受海洋湍流影响.

基于最近发展的描述海洋湍流的空间功率谱函数和线性介质中广义惠更斯-菲涅耳积分公式，推导了多高斯-谢尔模型光束的光强、相干度及光束质量分子M2的解析表达式，研究了海洋湍流对多高斯-谢尔模型光束传输特性的影响。数值计算结果表明，海洋湍流对多高斯-谢尔模型光束传输特性有着重要影响。适当地选择光束参数，在远场光强不仅可以形成平顶分布，而且这种平顶分布在湍流中能够保持相当长的距离，并且多高斯-谢尔模型光束的级次N越大，湍流诱导的光束扩展越小。

根据广义惠更斯-菲涅尔原理和Collins公式, 基于复高斯函数展开法, 推导出椭圆偏振的高斯-谢尔模型光束经过矩形光阑衍射后的交叉谱密度公式, 结合斯托克斯矢量理论推导了椭圆偏振高斯-谢尔模型光束在接收平面的光强、偏振度、方位角和椭圆度的表达式, 数值分析了光阑的孔径遮拦比对光强、偏振度及方位角和椭圆度的影响.结果表明, 光阑的孔径遮拦比在近场区对经过光阑后椭圆偏振高斯-谢尔模型光束的光强和偏振特性有显著影响;随着传输距离的增大, 光强和偏振特性受孔径遮拦比的影响减小, 光强和偏振特性变化平稳.

基于部分相干高斯谢尔模型（GSM）光束在强湍流中的光束扩展半径，利用Andrews和Philips经典漂移方差模型推导了部分相干光在中强弱大气湍流中水平传输的漂移方差表达式，讨论了部分相干光在中、强、弱大气湍流中的展宽和漂移特性。结果表明：部分相干光的光束扩展受湍流的影响比受完全相干光的影响要小，初始半径越小的光束受到湍流的影响越大。短距离传输时，不同波长引起的光束漂移差别很小，且随着初始光束半径的增大这种差别随之减小。传输距离大于2 km时，中强湍流中光束漂移均与波长有关且强湍流区漂移量较为明显。传输距离在10 km内，光束空间相干长度大于0.005 m时，光源空间相干长度对漂移的影响很小。

为了研究高斯-谢尔模型光束在负折射率介质中的传输特性, 利用矩阵光学理论、衍射积分理论、相干偏振统一理论推导了高斯-谢尔模型光束通过负折射率介质中传输交叉谱密度方程的解析表达式, 并利用该解析表达式得到了高斯-谢尔模型光束通过负折射率介质的谱密度和谱相干度。结果表明, 高斯-谢尔模型光束的谱密度和谱相干度都可以通过负折射率介质的工作频率调控。此研究结果提供了一种新的调控光传输的方法和技术。

为了研究高斯-谢尔模型光束的偏振特性, 采用交叉谱密度矩阵的方法, 研究了该光束通过聚焦光学系统的偏振特性, 得到了完全偏振和完全非偏振光束保持偏振度不变的条件, 并给出了通过聚焦光学系统后传输平面偏振度实现均匀分布的条件。结果表明, 聚焦光学系统中偏振度在焦点位置附近有明显的起伏变化; 焦点位置上的偏振度等于其在自由空间传输时的远场稳定偏振度。该研究对激光传输领域具有重要的理论和现实意义。

基于非Kolmogorov谱模型，利用广义惠更斯-菲涅耳原理，推导出了高斯谢尔模型（GSM）光束在非Kolmogonov大气湍流中光谱的解析表达式，并用其研究了非Kolmogorov大气湍流对GSM光束光谱变化的影响。结果表明，GSM光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时有光谱移动（蓝移和红移）和光谱跃变发生。光谱跃变的发生与离轴距离r、广义指数参量[α]、广义结构常量[C2n]、湍流内尺度l0、湍流外尺度L0和传输距离z有关。随着广义指数参量[α]的增大、湍流内尺度l0的增大及广义结构常量[C2n]的减小，光谱跃变量[Δ]减小，光谱跃变临界位置zc增大。该研究工作可为自由空间光通信等实际应用提供理论模型和计算依据。

基于广义惠更斯菲涅耳原理，并利用Rytov相位结构函数二次近似的方法，推导出了受光阑限制的高斯谢尔模型(GSM)光束通过湍流大气传输的二阶矩宽度及扩展角解析表达式。以未受光阑限制的GSM光束为参照光束，分别利用扩展角和归一化远场平均光强分布研究了受光阑限制的GSM光通过湍流大气传输的方向性。研究表明，若以扩展角表征光束的方向性，则在一定条件下，截断参数δ不同的受光阑限制的GSM光束能够与相应的未受光阑限制的GSM光束在自由空间及湍流大气中具有相同的方向性；若以归一化远场平均光强分布表征光束的方向性，则即使扩展角一致，δ不同的受光阑限制的GSM光束与相应的未受光阑限制的GSM光束在自由空间中的方向性也并不相同，但在湍流中则一致。

基于广义惠更斯-菲涅耳原理，采用Rytov相位结构函数二次近似和硬边窗口函数的复高斯展开法，推导了受光阑限制的多色高斯-谢尔模型(GSM)光束在大气湍流中的二阶矩束宽公式。研究表明：二阶矩束宽随着大气湍流折射率结构常数、源光谱带宽和光束传输距离的增加而增大，随着光束截断参数和光束相干参数的增加而减小；并且，当源光谱带宽越大、光束截断参数和光束相干参数越小，则湍流对受光阑限制的多色GSM光束扩展的影响就越小。