超分辨光学显微成像技术具有非接触、无损伤等优点。现有超分辨成像手段大多依赖荧光染料，限制其应用场合。近年来基于频谱平移原理的无标记远场显微成像手段被提出，但其分辨率受限于波导材料折射率。利用双曲超材料(hyperbolic metamaterials，HMM)的空间频率带通滤波特性，结合亚波长光栅，激发大面积均匀高频体等离激元(bulk plasmon polariton，BPP)照明场，得益于照明的高波矢量，物体的高频信息可以转移到传统成像系统的通带，为远场图像提供亚波长空间信息。基于该方法，采用0.85数值孔径标准物镜，532 nm波长下2.66k₀横向波矢的BPP照明中心距为100 nm双缝结构成像，横向分辨力提高至λ/5.32。进一步提高BPP的横向波矢可使分辨力提升至λ/7.82。该方法无需标记，便于与传统显微镜集成，为生物医学、芯片工业、材料科学等领域的应用提供了一种可视化的超分辨手段。

本文提出了采用连续镜面变形反射镜的本征模法构建了完备正交基，通过需要调控的涡旋光场信息，来求解变形反射镜各个驱动器的电压。调控生成了拓扑荷数绝对值在5以内的整数阶、分数阶、多分数阶和叠加态的螺旋波前，实现了对涡旋光束的动态调控。生成结果与理想螺旋波前结果基本一致。显示了连续镜面变形反射镜拟合螺旋波前的能力，得到了较好的结果。该方法在高功率涡旋激光的动态调控上具有很好的应用前景。

激光多焦点阵列以兼具更高的光场操控自由度和焦斑单元高空间分辨率的特点，被广泛应用在光学诱捕以及飞秒激光微纳制造等领域。然而由于阵列中焦斑的纵向分辨率弱于横向分辨率，在激光加工应用中限制了其对各向同性结构的加工能力。因此，本文提出一种基于柱矢量光调控生成纵向超分辨准球形多焦点阵列的方法。利用对柱矢量光的两组基径向偏振光和角向偏振光分别进行聚焦调控，结合环形衰减调制可形成纵向超分辨焦斑，再将两种偏振光场以适当的振幅比例在焦区叠加，从而合成准球形多焦点阵列。实验结果表明，10×10的多焦点阵列中各焦斑尺寸均一，具有近球形光强分布。其中，阵列中所有焦点的纵向半高全宽的平均值为0.76λ、标准差为0.005λ，横向半高全宽的平均值为0.76λ、标准差为0.019λ。该具有高尺寸均一性的准球形多焦点阵列可为激光微纳加工精准制备微纳器件提供新的途径。

偏光全息拥有记录振幅、相位和偏振信息的能力，在数据存储、偏振光成像等领域具有重要的应用前景。除此之外，它也具备光场调控方面的能力，可以调控具有螺旋相位分布和空间偏振分布等特殊光场，这类特殊光场在光通信、粒子操纵及光子纠缠等领域有广泛的应用前景，目前也有很多研究聚焦于如何生成这类光束。本文介绍了利用偏光全息制备矢量光束、标量涡旋光束和矢量涡旋光束的最新研究进展。基于偏光全息进行光场调控的方法，具有制备过程操作简单、光学系统体积小、制作成本低的优势，为特殊光场制造提供新的思路。

结构光场的空域调控包括振幅、相位、偏振、相干度等丰富自由度，对其自由度的单一或联合调控引发了一系列新奇物理效应，在新型结构光场构建及多种领域中具有重要应用。相比于完全相干光场，部分相干光场在抵抗散斑噪声和大气湍流扰动等方面具有独特优势。近年来，具有新型相干结构的部分相干光束在大气传输、光学加密与成像、信息鲁棒传输、高质量光束整形等领域有着重要研究价值。本文详细综述了具有新型相干结构部分相干光场的理论构建与实验合成的研究进展，并重点介绍了新型相干结构光场在复杂环境中的鲁棒传输特性及其在光学加密、成像、鲁棒信息传输及光束整形中的应用研究进展。研究表明，新型相干结构光场调控不仅提供了一种有效抵抗复杂环境扰动的有效手段，而且丰富了光场调控技术在多种领域中的应用。最后，对新型相干结构调控技术发展趋势及潜在应用前景进行了展望。

基于棱镜耦合的金膜表面塔姆等离激元(Tamm plasmon polarition, TPP)与表面等离极化激元(surface plasmon polariton, SPP)的杂化耦合受到广泛的关注和研究，但这种传统的激发装置由于拥有体积庞大的棱镜等光学元件以及对入射光角度精准控制有严格要求，限制了其集成化发展和实际应用。为了简化TPP和SPP杂化耦合激发方式，本文提出了一种光栅耦合型多层堆叠结构设计。该结构主要包括三部分：顶部纳米厚度的金膜、中间一维布拉格光子晶体以及底部金纳米光栅。在该结构中利用底部纳米光栅的一级透射光同时实现了顶部金膜上下表面SPP和TPP共振激发。两种模式之间的耦合杂化作用极大地减少了模式的共振带宽，从而使TPP-SPP模式的传感品质因数得到了显著的提高。此外，通过改变纳米光栅的周期和组成一维布拉格光子晶体的介质层厚度，SPP和TPP可以在较宽光谱范围内实现耦合杂化。相比于传统棱镜式的TPP和SPP双模式耦合结构，设计的光栅耦合型的多层堆叠结构无需借助棱镜和对入射角精确调控，在正入射光照射下就可实现两种模式的共振耦合，这不仅易于结构的进一步集成和小型化，同时对拓宽表面等离激元传感器的实际应用具有重要的意义。

超表面是一种空间变化的超薄纳米结构，在光学超分辨聚焦透镜或系统中已经得到广泛研究和应用。然而，随着超构透镜聚焦光斑缩小，不可避免产生大旁瓣，限制了透镜视场和应用潜力。本文提出了一种设计大数值孔径(NA=0.944)超分辨弱旁瓣超构透镜的方法。针对波长λ=632.8 nm的圆偏振光，基于硅基超表面PB相位调控，实现了超分辨弱旁瓣点聚焦超构透镜。实验证明，可以实现聚焦光斑半高全宽FWHM=0.45λ，小于衍射极限0.53λ(衍射极限为0.5λ/NA)，旁瓣比Sidelobe Ratio (SR)=0.07。该透镜的应用有望实现超分辨光学器件或系统微型化、轻量化和集成化。