该文设计了一种基于液晶聚合物(LCP)的主振荡器功率放大(MOPA)系统，整个系统在结构上划分为电光强度调制器、窄线宽连续种子源等部分。在具体设计过程中可以实现对纳秒脉冲信号的转换，继而得到对应的拉盖尔-高斯光，该过程采用的核心方法是空间相位转换法, 最终得到了20.1 W的LP01模输出，并且保持了较高的稳定性。另外通过LCP涡旋波片得到了高质量的径向偏振光输出，重复频率与功率均值分别为10 kHz、19.5 W，可以达到极高的转换效率和模式纯度分别为97%、88.5%，在满足纯度要求的同时能够达到较高的功率，显示出广阔的应用前景。

基于有限元算法和Maxwell应力张量法, 分析了紧聚焦高斯光束照明下金基底表面的金纳米球所受光力。利用无结构的平整金基底, 被捕获的金纳米颗粒和金基底之间能够产生间隙表面等离激元和局域表面等离激元共振效应, 将电磁场局域在金球与金基底之间的纳米间隙内, 增强了金纳米球所受光力以及光阱刚度。通过研究入射光的偏振态、金纳米球的半径、基底类型以及聚焦光束焦点到基底表面距离对光力的影响, 得到了实现基底附近金纳米球稳定捕获以及获得最大光力的优化方案。

探究径向偏振矢量光与氧化石墨烯/金纳米棒复合结构的相互作用,以提高表面增强拉曼散射性能。基于FDTD Solutions软件,得到氧化石墨烯/单金纳米棒复合基底在径向偏振光激发下的表面增强拉曼散射增强因子达到10 ⁸,比相同条件下线偏振光激发的大6个数量级。这种性能提高的物理机制源于径向偏振光激发金纳米棒的电磁增强与氧化石墨烯产生的本征化学增强。进一步详细讨论了径向偏振光激发下氧化石墨烯厚度、金纳米棒数量和排列方式对表面增强拉曼散射性能的影响。基于径向矢量光场激发多功能基底的表面增强拉曼散射性能调控在生物化学、食品安全与传感检测等领域具有巨大的应用潜力。

为了提升激光器径向偏振光的输出功率, 改进了原有W形轴锥镜内锥角为90°的结构。为研究光束在轴锥尾镜单元的传输特性, 采用几何光学分析了轴向入射下、W形轴锥镜底角为90°时, 内锥角的改变对出射光的影响, 发现出射光的位置及方向不发生变化; 为研究轴锥镜的热畸变特性, 模拟了W形轴锥镜的温度形变, 可知内锥角变大时整体温度变小且分布更加均匀。结果表明, 随着内锥角的变大, 光束中心的光程减少量相对于光束边沿的光程减少量增大;采用Fox-Li数值迭代法模拟了引入上述形变后谐振腔的激光模式, 得出在内锥角为100°时温度形变对光束模式的影响最小。通过对W形轴锥镜温度形变的研究, 可为优化W形轴锥镜的设计提供参考。

径向偏振光聚焦后可以产生很强的纵向电场。以此为出发点, 首先依据基尔霍夫衍射理论, 计算得到了径向偏振光经锥面镜会聚后所形成的横截面呈现零阶贝塞尔函数分布的纵向电场, 分析了会聚区域光场的相干长度和横向宽度与入射光光斑尺寸、锥面镜的锥顶角以及锥面镜出射端半径的关系。在此基础上, 提出采用锥面镜和筒形反射镜的复合结构, 通过设计合适的锥面镜和筒形反射镜参数, 实现纵向电场的级联, 且电场呈周期性分布。分析了筒形反射镜的参数对所形成的级联纵向电场的横向宽度、周期和占空比等的影响。结果表明, 当所采用的锥面镜的锥顶角为60°时, 出射端半径和筒形反射镜的内径均为999.682λ(λ为波长), 可以实现周期长度为1154λ、占空比为1的纵向电场的级联; 当用于电子加速时, 加速区长度甚至可达到米级。这种级联纵向电场的设计将进一步使得电子的加速区长度得到显著增加, 为电子加速到更高能量提供了可能。

针对现有电力光学电流传感中法拉第旋转角的非线性测量、解调模式的光强依赖性等问题，本文设计了一种环型亚波长偏振光栅，其光栅矢量径向分布，可将偏振光的偏振分布转化为光斑强度分布并与偏振面同步旋转。应用琼斯矩阵对其偏振特性进行分析，运用严格耦合波理论对光栅进行仿真分析与优化设计，并制备了辐射状的环型铝金属光栅。测试结果表明，光栅TM光的透过率大于80%、整体消光比大于100，可实现对光偏振态的直接检测，并具有线性测量范围大、测量结果不依赖于光的绝对强度等优点，可用于基于图像分析的偏振检测技术。

利用光栅反射镜的偏振选择原理，设计并制备了35层镀膜、1000 nm周期、70 nm槽深的圆环型微结构光栅反射镜。使用该光栅反射镜作为激光二极管抽运的Nd∶YAG激光器的后腔镜，通过对激光谐振腔的优化，获得了功率为13.4 W的径向偏振激光。分析并设计偏振度的计算方法，测量得到径向偏振激光的偏振度可达97%。