从衍射理论导出圆顶轴棱锥后的光场分布, 用软件对圆顶轴棱锥后的光强进行仿真, 结果表明, 圆顶轴棱锥可以得到多个局域空心光束。分别改变圆顶轴棱锥的底角和顶端平凸透镜的焦距, 再用软件对圆顶轴棱锥后的光强进行仿真, 所得光强分布表明, 圆顶轴棱锥的底角影响局域空心光束的周期和暗域数量, 而顶端平凸透镜的焦距主要影响局域空心光束中暗域的数量, 对周期几乎没有影响。在实际应用中可通过调节参量得到所需要局域空心光束。

对贝塞尔光束和局域空心光束的轴上相位分布进行分析。用衍射理论分析了理想贝塞尔光束和用轴棱锥产生的贝塞尔光束的光强和相位变化，得知贝塞尔光束在轴上的相位呈周期性的锯齿状分布。由两束理想贝塞尔光束干涉得到的自成像局域空心光束轴上相位分布也呈锯齿状，但在光强为0的位置出现相位奇点。而仿真实验中自成像局域空心光束轴上光强最小位置处由于光强不为0，并没有出现相位奇点。研究结果对于用相位调制法产生暗域光强为0的局域空心光束具有指导意义。

无衍射贝塞尔(Bessel)光束在湍流大气中传输时受到的扰动较小，因此适合于大尺寸准直测量。为了克服传统轴棱锥产生较短无衍射距离的局限，基于传统正、负轴棱锥的光传输特性，提出了两种用于产生长距离无衍射贝塞尔光束的组合轴棱锥。利用光线追迹法和衍射理论模拟了组合轴棱锥的光传输特性。结果表明，两种组合轴棱锥的光传输特性与传统正轴棱锥等效，且能够产生高质量的长距离无衍射贝塞尔光束，而且降低了元件的加工难度。

由菲涅耳衍射理论出发，分析了轴棱锥顶点加工精度对光束传输特性的影响。分析指出，当轴棱锥顶点加工成圆形时，它相当于一个平凸镜，对光束起点聚焦作用；而真实加工成的轴棱锥更贴近双曲线顶点模型，这时衍射光束因为干涉效应产生强烈振荡，形成畸变无衍射光束。理论推导了不同顶点加工轴棱锥的衍射光场表达式，模拟分析了光束传输变换特性，最后针对双曲线顶点加工的轴棱锥提出通过遮挡中心入射光线消除顶点由不同频率衍射光束叠加造成的干涉效应的改进方案，修正后的光束特性效果理想，对实际加工的轴棱锥应用具有指导意义。

利用轴棱锥产生的两束贝塞耳光相干实现局域空心光束。基于“相干贝塞耳光产生具有塔尔博特效应的局域空心光束”的理论,数值模拟了两束贝塞耳光干涉后光场沿传输距离变化的光强分布及一个周期内光强的演变和局域空心光束的形成过程。实验中通过两个不同底角的轴棱锥产生两束具有不同径向波矢的贝塞耳光进行相干形成局域空心光束,实验结果与理论分析及数值模拟相吻合。

对平面波经过轴棱锥——透镜系统的整个演绎过程进行详细的理论分析，数值模拟和实验验证。平面波经过轴棱锥产生横向光场不变的近似无衍射光，在最大无衍射距离内加入合适透镜将产生局域空心光束(Bottle beam), 而空心光束的尺寸可通过改变透镜焦距进行控制。 当光束继续传播，贝塞尔(Bessel)光发生自重建(Self-reconstruction), 但重建的Bessel光将会发散，光强随着传播距离增大而迅速下降，且中心亮斑尺寸也迅速增大。通过引入另一聚焦透镜对光束进行修正，恢复了Bessel光束的无衍射的特性。利用显微镜-CCD光束分析系统获得不同传播距离的截面光强分布，实验结果和理论分析及数值模拟相吻合。

提出一种利用衍射轴棱锥产生三维光格的方法。由广义的惠更斯-菲涅耳衍射积分理论出发, 分析准直单色平面光波大角度斜入射轴棱锥形成的光学点阵的特性。数值模拟光束在不同入射角入射轴棱锥情况下, 随轴向距离变化的纵向光强分布以及同一轴向距离处的横向光强分布光斑图。结果指出, 随着入射轴棱锥角度的增大, 在最大无衍射距离内会形成有规则的光学点阵, 这种光学点阵与三维光子晶体的结构相近,实验结果与数值模拟相吻合。

A novel and precise micron-scale nanosecond laser spot measurement based on film-scanning method is presented. The method can be used to measure the spot size, beam profile, and intensity distribution of the pulse. The central spot radius of the pulsed Bessel beams with pulse width of 25 ns is measured to be 94.86+-5 \mum in our experiment through the analysis of the digital image by film scanning, and the result is consistent with the theoretical value of 92.33 \mum. Compared with charge-coupled device/complementary metal oxide semiconductor (CCD/CMOS) laser beam profilers, the film-scanning method shows higher measurement accuracy, single shot ultrashort pulse measurable, larger measurable size, and wider measurable wavelength range.

提出一种由轴棱锥产生的贝塞尔光干涉整形得到具有自成像塔尔博特效应的近似无衍射局域空心光束的新方法。详细分析了两束相干同频率贝塞尔光的相互作用原理及其如何控制局域空心光束的空间尺寸。数值模拟了干涉叠加后光场沿传输距离变化的光强分布及一个完整周期内光强的演变和局域空心光束的形成过程,给出了相干贝塞尔光产生局域空心光束的个数及局域空心光束最大无衍射距离的表达式。

利用轴棱锥构成的Bessel-Gauss谐振腔,首次由灯泵Nd:YAG调Q激光器主动式直接输出纳秒高功率近似无衍射Bessel-Gauss光脉冲.应用衍射理论给出的Bessel-Gauss场分布模型对结果进行分析,数值模拟和实验结果基本吻合.同时利用带抗共振环(ARR)的Nd:YAG调Q激光器输出的高稳定纳秒高斯脉冲,通过Axicon的光束整形,由被动方式获得近似理想的纳秒无衍射零阶Bessel光.利用胶片扫描法记录了光强分布的精细结构,测定得出无衍射光的中心光斑半径约为90 μm,峰值功率密度高达2.3×109 W/cm2.分析比较了主动和被动方式产生纳秒无衍射光的特性和优缺点.