以射线光学模型为基础，研究了特殊形状微型物体在涡旋光束照射下的所受力矩。根据动量和角动量守恒定理，推导了微型物体在x、y和z方向上受力旋转的力矩公式。通过数值计算，得到了微型物体在不同表面倾斜角度的情况下的旋转特性。研究结果表明，由于涡旋光束的轨道角动量与光束动量的相互作用，改变涡旋光束的拓扑荷数，既可以使微型物体保持静止，也可以改变微型物体旋转的方向和旋转的速度。

根据里查德-沃耳夫矢量积分公式，研究了径向偏振光通过具有像散的大数值孔径物镜后在焦点附近的光阱力。着重研究像散对轴向和横向光阱力的影响。研究结果表明，像散的存在导致了光阱力的势垒减弱，光阱中心的偏移，甚至是改变了有效捕捉区域,这将严重影响了光镊的轴向和横向对粒子的捕捉。通过对改变数值孔径的大小和孔径与光腰的比值，以及对不同大小的粒子捕捉效果的对比，可以改变像散对粒子捕捉影响的程度，从而改善像散对光阱力的影响，这对于光镊等精密仪器的操作是十分必要的。

以几何光学模型为基础，应用平面波角谱理论方法，研究了在高斯光束的照射下，透明介质平板的受力分布。不同于光镊原理，光压差即可产生光学升力，根据动量守恒定理，推导了透明介质平板受力的表达式，通过数值计算，深入分析了光束的光腰半径，平板的摆放位置以及倾斜角度等参数对透明介质平板受力分布的影响。研究结果表明，在一定功率的高斯光束照射下，减小高斯光束光腰半径、使光束照射位置靠近平板的中心，以及拉近平板与高斯光束光腰之间的距离，都能有效地增大透明平板所受到的横向和轴向的光辐射压力；当透明平板与x轴倾斜成65°时，轴向力达到最大值，方向始终沿+z方向；当平板倾斜70°时，横向力在正方向和负方向同时达到最大值。适当选取光腰半径和摆放位置，平板受到的横向力可以增大到足以克服重力，在光束的照射下升起来。

为了研究余弦平方-高斯光束通过像散透镜后的焦开关现象,应用Collins公式推导出了聚焦余弦平方-高斯光束轴上光强分布的表达式，通过数值运算得到了像散参量对轴上光强分布的影响。结果表明，在给定光束参量和光束菲涅耳数的条件下,光束入射面位置不同时,余弦平方-高斯光束通过像散透镜后的相对焦移随像散参量变化而变化，确定了在此条件下，产生双焦开关时光束入射位置的范围。

根据里查德沃耳夫矢量积分理论，研究了在径向偏振光经大数值孔径聚焦下，透镜球差对瑞利粒子轴向光阱力的影响。通过数值计算得到了轴向光阱力随球差系数变化的分布。研究结果表明，球差系数的存在，不仅改变了光阱力的数值大小，也影响了对粒子束缚的有效作用区域，还导致光阱中心位置发生偏移。而且正负球差系数对光阱力的影响并不总是对称的，正球差系数使得梯度力的0点位置往z轴正向偏移，负球差系数使得梯度力的0点位置往z轴负向偏移。在不同的数值孔径、粒子半径以及孔径与光腰的比值下，球差对光阱力的影响程度也不同。

研究了部分相干圆偏振贝塞耳-高斯光束经高数值孔径透镜的聚焦特性。基于德拜矢量积分理论, 分别推导出了部分相干圆偏振涡旋光束经过高数值孔径透镜聚焦以后的光强和偏振度表达式。根据数值模拟的结果, 比较了左旋和右旋圆偏振涡旋光束的不同深聚焦特性以及相关参量对涡旋光束深聚焦特性的影响。研究表明,入射光束的相关参数和聚焦透镜的数值孔径大小都会影响光束的聚焦特性。此外, 还得出一个重要结论, 部分相干圆偏振涡旋光束经高数值孔径透镜聚焦以后, 光束本身带有的自旋角动量会转化成轨道角动量, 这一研究成果对于利用涡旋光束进行微粒操控等方面应用具有十分重要的意义。

应用惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,研究了厄米-余弦-高斯光束通过像散透镜后的焦开关现象。数值计算结果表明,厄米-余弦-高斯光束通过有像散透镜的光学系统,在像散参数和光束菲涅耳数一定时,改变光学系统几何参数δ(即光束入射面到透镜的距离与透镜焦距之比),不仅在δ=1.0时发生通常所说的焦开关现象,而且在δ≠1.0时的其他位置也可以产生焦开关现象, 即焦开关现象不仅可以在几何焦点处产生,也可以在几何焦点右侧或左侧产生。讨论了光束参数对焦开关的产生及其位置的影响; 分析研究了在给定光束参数和光束菲涅耳数条件下,光学系统几何参数δ取不同值时,厄米-余弦-高斯光束通过像散透镜后的相对焦移随像散参数的变化规律。结果表明,可以通过改变光束参数和像散参数来控制焦开关发生的位置和产生焦开关的次数。

由部分相干光的传输理论出发,对部分相干修正贝塞尔高斯光束通过球差透镜聚焦后轴上光强分布进行了研究,数值计算表明:当光谱相干度较小时,正、负球差对应的最佳聚焦点位于无球差时对应的最佳聚焦点的两侧;当光谱相干度较大时,正、负球差对应的最佳聚焦点将位于无球差时对应的最佳聚焦点的左侧.研究进一步表明,最佳聚焦点随着透镜菲涅耳数的增大向几何焦点方向靠近,并趋于一个定值.当光束菲涅耳数为 1 时,无球差时对应的最佳聚焦点逐渐趋于 0.908,该值与光谱相干度无关,当透镜具有球差时,该值与光谱相干度有关.

利用里查德-沃耳夫(Richards-Wolf)矢量衍射积分模型,推导了圆柱偏振贝塞耳-高斯(CPBG)光束经高数值孔径透镜聚焦的光场表达式,并用数值计算分析了各相关参数的取值变化对焦面及焦点附近光强分布的影响。研究表明,焦面光强大小及光强剖面形状与贝塞耳函数项相关参数β,偏振旋转角φ0,光束束腰宽度w0和数值孔径角α的取值相关。通过控制各相关参数的取值,在聚焦场中获得了有广泛实际应用的具有涡旋性质的局域空心光束和平顶光束。

为了对部分相干修正贝塞尔－高斯光束通过有硬边光阑近轴4BCD光学系统的传输进行研究，采用将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法，得到了近似的解析传输公式。以部分相干修正贝塞尔－高斯光束在有光阑情况下自由空间的传输为例作了数值计算，对所得解析公式的计算误差和适用范围进行了讨论。结果表明，用该方法可快速、解析地研究部分相干修正贝塞尔－高斯光束通过圆孔光阑自由空间的传输特性，分析菲涅耳数、截断参数对其光束经光阑后光强分布的影响。