高阶贝塞尔光束能够携带轨道角动量，且具有无衍射特性，在粒子操控、激光微纳加工及非线性光学等领域具有重要应用价值。目前产生高阶贝塞尔光束的方式无法同时满足集成化和高功率场景的应用需求。基于飞秒激光诱导的双折射纳米光栅结构，提出一种高损伤阈值的集成化光场调控器件制备方法。通过调控纳米光栅的光轴方向和相位延迟量，在石英玻璃内部写入光轴取向空间变化的多层纳米光栅结构，制备的器件可以实现不同光场调控功能的叠加和不同工作波长的设计。基于所提方法制备了中心波长为532 nm、拓扑荷值为4的高阶贝塞尔光束产生器件。器件产生的高阶贝塞尔光束携带的轨道角动量与设计值相符，在4 m距离内光斑大小保持基本不变。器件的零几率激光损伤阈值为28.5 J/cm²（6 ns），在高功率激光光束整形等领域具有极大的应用潜力。

高阶贝塞尔光束被广泛应用在激光加工和精密测量等领域。针对高阶贝塞尔光束的生成方法, 通过空间光调制器加载高阶相位全息图, 代替真实的螺旋相位板和轴锥镜。理论分析锥镜组合和相位叠加两种模式下的光场分布, 设计实验对比两种模式下的光束调制情况。研究结果表明, 相位叠加法的调制效果优于锥镜组合法, 而且操作灵活、能减小加工误差, 是一种有效的高阶贝塞尔光束的生成方法。

利用螺旋相位板-轴棱锥系统可以产生高阶贝塞尔光束。基于基尔霍夫衍射积分理论,推导了涡旋光斜入射轴棱锥后的衍射光场表达式。分析了光束斜入射引起的像散对轴棱锥聚焦涡旋光产生高阶贝塞尔光束的影响,提出了一种用于检测拓扑电荷数的简单可行的方案。结果表明当轴棱锥出现较小角度的偏转时,所产生的高阶贝塞尔光束出现中心亮环椭圆化;随着偏转角的增加,中心亮环椭圆率增大,并伴有暗核分裂的现象;继续增大偏转角,将发生由内至外的亮环破裂现象,最终形成具有点阵列结构的焦散光束。设计实验对上述结论进行验证,理论分析、数值模拟与实验结果基本吻合。

主要对光学测量仪器体视显微镜与CCD成像系统在高阶贝塞尔光束光斑测量中的应用进行分析，通过以非相干LED绿光经过螺旋相位板和轴棱锥产生的高阶贝塞尔(Bessel)光束为例，模拟出沿轴向不同距离处的截面光强分布图，并与相应的实验参数(如：最大无衍射距离、中心暗斑直径等)进行比较。实验结果表明，体视显微镜与CCD成像系统的测量结果相吻合，但是体视显微镜测量误差较大会影响测量结果的准确度。

研究了涡旋光束通过轴棱锥聚焦后的聚焦特性。利用惠更斯菲涅耳衍射积分理论推导了涡旋光束经过轴棱锥聚焦后所获得的聚焦光强分布。数值模拟结果表明，涡旋光束经过轴棱锥聚焦后可获得高阶贝塞尔光束。研究了不同锥角的轴棱锥对涡旋光束聚焦特性的影响以及不同拓扑电荷数对聚焦特性的影响。结果表明，在轴棱锥对应的最大准直距离内，所获得的高阶贝塞尔光束保持了原有的无衍射特性。

从产生高阶贝塞尔光束的典型光路着手, 通过将高阶贝塞尔光束分解为高阶贝塞尔余弦光束和高阶贝塞尔正弦光束, 利用柱坐标下的Collins公式,分析了变形高阶贝塞尔光束的解析表达式和在自聚焦透镜中的传播.得到了变形高阶贝塞尔光束的一般解析表达式,自由空间的自成像过程,和在自聚焦透镜中传播的特点以及它们在高阶贝塞尔余弦光束和高阶贝塞尔正弦光束波数横向分量差异为0.005 K时的数值模拟.结果证实了变形高阶贝塞尔光束具有无衍射特性及自成像效应.