回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展，重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性；结合纳米光子学的发展，将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场，给出了三维部分相干矢量光场的相干与偏振表征，分析了部分相干紧聚焦矢量光场中的三维偏振结构，包括偏振维度、三维非寻常偏振态、自旋角动量结构等。研究表明相干性在赋予了矢量结构光场新颖自由度的同时，导致了二维矢量光束的鲁棒传输特性以及紧聚焦矢量光场新型三维偏振结构。

提出一种环形相位构造方法，并通过实验产生了一种可调谐手性结构光场。在螺旋相位的基础上引入径向相位与等相相位形成环形子相位，在平面波上加载该相位产生单环手性结构光场。进一步利用相位叠加原理，组合多个不同环形子相位构成一个环形相位，进而利用其调控产生多环形手性结构光场。研究发现，通过控制拓扑荷数、等相位因子、径向偏移因子，能够灵活控制螺旋强度瓣叶的数量以及手性方向。此外，通过引入等相位梯度实现了光场的动态旋转。所构建的可调谐手性结构光场有益于手性结构微加工，在光学微操纵及光学通信领域也有较大的潜在应用价值。

超表面的设计与制造极大地推动了在片上紧凑光学系统中实现光场调控的应用。传统光学系统中的光学透镜、空间光调制器以及偏振光学元件虽具备光场调控的功能，但体积庞大、光场调控功能单一等因素限制了其应用。超表面为光场调控提供了新平台，有望解决传统光学元件和系统向微型化、集成化和多功能化发展的瓶颈。主要围绕超表面的多维度全息混合复用、二维/三维光场变换、矢量光场的产生与操控三方面进行介绍。最后，对超表面的未来发展趋势进行了展望。

采用有限差分方法, 从理论上分析了中空双曲正弦高斯光束在光折变介质中的传输特性。首先给出了不同光束阶数下中空双曲正弦高斯光束的强度包络, 随着光束阶数的增加, 光束的中空区域逐渐加大; 然后分析了光束阶数和非线性参数对光束传输形态的影响。当光束阶数取2时, 在一定传输距离内, 中空双曲正弦高斯光束的聚焦行为具有周期性, 相应的聚焦强度比逐次减弱; 随着非线性参数的增加, 光束首次呈现聚焦行为的传输距离逐渐减小, 而聚焦强度比变大。当光束阶数改变为3时, 中空光束在一定传输距离内只呈现一次聚焦行为, 随后光束呈现点状分布; 光束阶数改变为5时, 中空光束呈现聚焦行为的传输距离进一步增加, 聚焦强度比明显变大。结果表明, 利用光束阶数和非线性参数可以灵活的操控中空双曲正弦高斯光束的演化形态。

计算成像是集光学、计算科学、信息科学于一体的新兴交叉领域技术。该技术基于多维光场调控与解调的信息传输原理，利用前端光电成像系统与后端数据处理的“一体化设计”，解决光场信息维度与探测维度不匹配的问题，从而有效提升感知能力和探测性能，目前已成为光电成像领域的前沿方向。其中，散斑成像能够通过调控散斑场来实现强散射光成像，打破了光散射妨碍成像的传统观点；空域和时域压缩计算成像通过对光场信号的编码，能够突破半导体工艺、大量数据传递与处理对高分辨率、高速探测器的限制；压缩计算光谱成像结合光学调制、复用探测与计算重构，解决了传统光谱成像中系统复杂、数据采集效率低和分辨率受限的问题。详细介绍这3类计算成像模式的原理方法和最新研究进展，分析当前尚存的问题，并对这类技术的未来发展方向进行了展望。

超材料设计和光纤光束控制是光场调控研究的两个重要议题。传统方法取得一定研究进展的同时，也面临着有效性和适应性的问题。为弥补传统方法的不足，研究者们尝试将深度学习方法应用于以上两个议题。介绍了基于深度学习进行超材料设计和光纤光束控制的近期研究工作。超材料设计方面，重点回顾了采用多层感知机、卷积神经网络、循环神经网络、生成对抗网络等经典神经网络模型的相关工作；光纤光束控制方面，主要介绍了典型的搜索方法与深度强化学习方法。基于深度学习进行超材料设计和光纤光束控制的方法，具有速度快和自动化程度高的优势，为光场调控集成化、智能化提供新思路。

提出并实验产生一种基于衍射突变的新型蝴蝶光束。根据突变理论，该光束的光场结构由状态变量和控制变量共同构成的势函数所决定。由于蝴蝶突变的高维性，蝴蝶光场的焦散理论上表现为4维空间的超曲面，映射该光场到低维空间，其展现丰富多样的光场结构。此外，通过操纵控制参数，发现蝴蝶光束能调控成不同的光场结构。研究了蝴蝶光束的频谱，发现其谱振幅能用多项式形式表示。所得数值模拟结果与实验结果吻合。该光束具有弯曲的传播轨迹和丰富的光场结构，在波前控制、光学微操纵与生物医学方面有潜在应用。

建立了一种新型拉盖尔-高斯幂指数相位涡旋光束(PEPVB)理论模型,并基于广义柯林斯公式建立了拉盖尔-高斯PEPVB在傍轴近似下的传输理论模型。采用MATLAB数值计算软件仿真了拉盖尔-高斯PEPVB的自由空间传输特性和聚焦特性与径向阶数、拓扑荷数、幂指数和传输距离的关系。研究结果表明拉盖尔-高斯PEPVB及其传输特性不仅与幂指数和拓扑荷数有关,还与拉盖尔-高斯多项式的径向阶数有关,且在传输过程中光束能量沿着环形旋转聚集。这为光学操控微粒沿弯曲路径移动并避开障碍物打下了基础,对促进新型光场调控的理论及应用研究具有重要的意义。