柱矢量光束因其独特的偏振分布特性而在光镊、高分辨率成像、遥感、等离子体聚焦等领域发挥着重要作用。为实现全光纤高功率柱矢量MOPA激光器，采用自主设计基于集成超表面的模式转换光纤器件，进行了理论分析与实验验证。自主设计集成超表面的模式转换光纤器件可直接稳定输出数瓦功率的径向偏振柱矢量种子光，且输出模式纯度可达95%以上。实验中通过降低弯曲损耗并对模式进行控制，获得了单级放大输出功率为52.2 W的径向偏振柱矢量光稳定输出，且模式光场分布在输出功率增加过程中并未出现明显变化。为进一步分析输出的模式特性，采用旋转检偏器的方法检测输出光的偏振特性及偏振纯度，并利用非相干模式叠加方法计算了输出的径向偏振柱矢量光的模式纯度。结果表明，集成超表面模式转换的全光纤柱矢量MOPA激光器在最大输出功率情况下，输出光的偏振纯度约为95.2%，模式纯度约为94%，验证了该全光纤方案的可行性。

提出了一种获得径向偏振光中纵向分量激发拉曼信号的方法，用于解决一般偏振拉曼信号无法检测分子取向垂直于样品的问题。首先使用聚焦后的角向偏振光和径向偏振光激发样品，然后用两种激发光产生的拉曼信号进行计算，得到由纯纵向光场激发的拉曼信号。使用Si(0 0 1)样品和Si(1 1 0)样品验证了该方法的可行性。这对于使用拉曼散射信号测量纵向取向的分子，以及纵向的分子振动模式具有一定意义。

超快激光在金属、电介质和半导体表面制备周期性纳米结构可以有效地改变材料的物化性质，如光学、电学、亲疏水性等。周期性纳米条纹取向通常依赖于激光的偏振，因此利用径向偏振的飞秒激光能够制备不同弯曲度的周期性纳米条纹。通过分析柱透镜聚焦的径向偏振光光场具有随空间变化的偏振方向，实验上获得了柱透镜聚焦的径向光场在不同位置诱导周期性纳米结构的形貌特征。随后利用5 mm的狭缝分离矢量光场中的各向异性偏振态来获得不同弯曲角度条纹的大面积制备。结果表明，利用这种方法在ZnO表面获得了弯曲可控的深亚波长（190～380 nm）周期条纹结构，并且成功制备了弯曲角度从0°到165°的大面积周期性纳米条纹。

光子纳米射流是一种高强度，极窄的亚波长电磁场区域，它是由介电微球或微柱体的Mie散射对电磁场的聚焦作用产生的。光子纳米射流广泛应用于激光加工、纳米光刻、光学高密度存储以及超分辨率显微镜。从径向偏振光的角度出发，使用一种介电圆环结构对光束进行聚焦，由于径向偏振光在焦点区域可以产生较强的纵向场，通过优化圆环的尺寸、折射率以及与物镜焦点的相对位置，可以得到超过90%光束质量的纵向光子纳米射流，而且强度相比于未使用圆环时可以提高约一个数量级，并在高折射率下可以获得半高全宽小于衍射极限尺寸的光斑，因此该结构预计可以在粒子加速、光镊以及拉曼光谱学中有所应用。

研究了非均匀泵浦状态下径向偏振光束的退偏机理及补偿方法。理论分析表明，非均匀泵浦条件下各向同性晶体横截面内由热致剪应力引起的剪切向热致双折射是导致径向偏振光退偏的主要原因。设计实验依次采用薄膜偏振片（TFP）测量法和纯度测量法评价了径向偏振光在非均匀泵浦条件下的退偏，其中TFP测量法用于检测径向偏振光的整体退偏，纯度测量法用于检测径向偏振光的局部退偏。在泵浦峰值功率1.1 kW下，两种评价方法测得的退偏量分别为2.34%和2.53%。基于理论分析和评价方法的结果，在退偏补偿方案的设计中采用相位调制与空间模式匹配相结合的方法，将径向偏振光的退偏量优化了59%，并获得脉冲能量为19.36 mJ，纯度为90.13%的皮秒径向偏振光，光束质量因子M²为3.8。