以傍轴高斯涡旋光束为例，对部分相干涡旋光束的磁场在源平面的光谱Stokes奇点变化规律做了研究，并与部分相干光束电场的光谱Stokes奇点做了比较。研究结果表明，部分相干高斯涡旋光束在源平面内，存在着磁场和电场的光谱Stokes奇点。适当改变光束束腰宽度以及离轴量等光束控制参数会出现磁场和电场的光谱Stokes奇点的移动、产生和湮灭。与部分相干光束电场的光谱Stokes奇点比较表明，二者并不重合且拓扑电荷不同，但具有一定的对称性。磁场和电场的光谱Stokes奇点在变化过程中满足拓扑关系。

研究了低重复频率飞秒激光在石英玻璃内部诱导的自组织纳米条纹与激光参数和扫描参数的关系，发现激光扫描轨迹横截面纳米光栅的填充因子随扫描参数而变化。在一定的写入窗口，纳米光栅具有偏振依赖导光特性，属于II类波导；实验研究了六边形结构II类波导的导光特性，与重复频率为100 kHz的飞秒激光光刻波导规律具有相似性；理论上构建了II类波导和六边形结构横截面折射率轮廓的理想模型，利用有限元方法分析了II类波导及六边形结构的模式，并从实验上和理论上说明了II类波导的偏振依赖导光性不是由于纳米光栅的形序双折射，而是由于纳米光栅的偏振依赖散射。

推导出相干和非相干非傍轴径向阵列高斯激光束的传输公式，并用以研究了径向阵列光束在自由空间的传输特性，重点分析了阵列光束参量对合成光束光强分布的影响。结果表明：阵列半径与束腰宽度之比是一个关键参量，当它固定时，相干和非相干合成光束的光强分布都保持不变，但合成光束的光强分布和远场轴上光强最大值都与合成方式有关。

以平顶高斯光束为例，对光束傍轴度3种定义，即傍轴估计量、傍轴度和傍轴度修正式做了解析研究和计算分析。结果表明，当束腰宽度与波长之比很小时，三者存在显著差异，傍轴估计量会导致非物理结果。而对实际应用中感兴趣的束腰宽度与波长之比取中间值情况，傍轴度和傍轴度修正式得出类似的结果。因此，傍轴度和傍轴度修正值都可以用来描述光束的傍轴性。

飞秒激光诱导折射率变化提供了一种灵活的三维光子器件制作手段.飞秒激光光刻的II类波导具有偏振导光特性，可以作为波导偏振器，但是对于要保留的偏振分量损耗太大.本文阐述了一种利用飞秒激光在熔融石英中制作的新型低损耗波导偏振器.它由中间的一根I类波导及两侧的两根II类纳米光栅轨迹构成.基于飞秒激光诱导的纳米光栅的偏振依赖散射特性，II类纳米光栅轨迹能够对I类波导的倏逝场进行调制.偏振方向垂直于纳米光栅的模式相对于偏振方向平行于纳米光栅的模式有更大的散射损耗，因此导通的是偏振方向平行于纳米光栅的模式.研究了消光比随I类波导与II类纳米光栅轨迹之间的间距的变化关系，选择一个最佳间距来进一步研究消光比随II类纳米光栅轨迹长度的变化关系.在间距6 μm，II类纳米光栅轨迹扫描长度6 mm处实现了最大15.91 dB的消光比.通过增加II类轨迹的长度或者数量，很容易得到更高的消光比.

采用部分偏振高斯谢尔模型（PGSM）描述随机电磁光束，运用维格纳分布函数（WDF）研究了随机电磁光束阵列的光束偏振特性与传输变换特性。推导出了阵列光束通过傍轴光学系统ABCD的传输方程和重要的光束特征参数，如光束偏振度（P）、光束传输因子（M2）、峭度（K）以及光强分布的解析表达式。研究表明，阵列光束的P、M2、K、光强分布和束宽依赖于总的空间相干度α、间距xd、束腰宽度w0和PGSM子光束数目N。阵列光束偏振度P随传输距离而变化，并且变得不均匀；P也随归一化间距x′d变化。

按单色光束傍轴度的定义, 对高斯涡旋光束的傍轴度进行了研究。使用角谱表示法推导出高斯涡旋光束傍轴度的解析公式, 用此研究了傍轴度和高斯涡旋光束参数之间的关系。结果表明, 随背景高斯光束束腰宽度和光涡旋离轴参数的增加及随光涡旋拓扑电荷的减少, 高斯涡旋光束的傍轴度增加。对所得结果用傍轴度与远场发散角间的关系做了物理解释。

采用蒙特卡罗方法模拟了光通过光学特性参数不同的大气后透射光时间分布。分析了大气的散射系数、吸收系数、不对称因子及折射率对透射光时间分布的影响。结果表明：透射光时间分布曲线存在两个峰，分别对应子弹光与漫射光。各光学参数界定了子弹光、蛇形光、漫射光的大小和时间范围，并从统计模拟的角度解释了折射率大的大气中难以成像的原因。

基于随机电磁光束相干和偏振性的统一理论和交叉谱密度矩阵传输公式, 将杨氏双缝干涉实验作为双缝衍射现象来处理, 在考虑缝宽情况下, 研究了厄米-高斯电磁光束在杨氏干涉实验中的偏振度变化, 讨论了入射厄米-高斯电磁光束的偏振度、自相关和互相关长度、模阶数和双缝的遮拦比对观察屏上偏振度的影响。结果表明: 观察屏上的偏振度随双缝面上偏振度和互相关长度的增加而增大, 随自相关长度减小而增大;当模阶数为偶数时, 观察屏轴上偏振度取极大值, 模阶数为奇数时, 取极小值。

使用聚焦部分相干高斯谢尔涡旋光束, 对不同折射率的瑞利粒子的辐射力做了分析, 着重研究了相关长度和束腰宽度对辐射力和俘获稳定性的影响。结果表明: 相关长度和束腰宽度分别存在临界值, 相干长度小于等于其临界值或束腰宽度大于等于其临界值时, 可利用其俘获相对折射率大于1的微粒; 而在相关长度大于其临界值或束腰宽度小于其临界值时, 可利用其俘获相对折射率小于1的微粒。对俘获稳定性的分析表明, 需选择适当的相关长度和束腰宽度才能稳定俘获瑞利粒子。