提出了用多束厄米-高斯光束相干合成产生平顶光束的方法.借助Wigner分布函数和强度矩方法推导出在普遍情况下合成光束M2因子和K参数的解析公式.研究结果表明,通过适当选取厄米-高斯光束的参数,在某一传输平面可以得到平顶的光强剖面.给出了数值计算例以说明合成平顶光束的特性.

将平顶高斯光束作为一个整体光束处理,研究了它通过近轴ABCD光学系统的传输特性。对无光阑情况,推导出较为普遍的解析式;而对有光阑限制情况,数值积分是可行的。给出的典型数值计算结果证实了这种方法与有限拉盖尔-高斯函数展开法是等价的。

基于部分相干光的传输方程,研究了光强为高斯分布、空间相干度函数为零阶贝塞耳函数的部分相干光束的聚焦特性。研究结果表明,在几何焦点附近的光强分布不仅依赖于入射的部分相干光束的光强分布,而且还依赖于部分相干光束的空间相干度。当空间相干长度、焦距等参数取某些特定值时几何焦点附近的光强分布将出现平顶光束的分布形式；另外,当空间相干长度取值改变时几何焦点附近的光强分布将出现局域空心光束的分布形式。基于此,可以通过改变部分相干光束的空间相干度来实现对几何焦点附近光强分布的控制,从而获得需要的光强分布。

利用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分方法,推导出部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输的交叉谱密度函数解析表达式,对部分相干平顶光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,并进一步讨论了介质梯度折射率系数、光束阶数以及光束相干性对传输特性的影响。结果表明,部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输时的轴上光强分布呈现周期性变化,且周期由梯度折射率系数决定,而与光束相干性无关。光束阶数越高、相干性越好、介质梯度折射率系数越大,则在介质中的轴上峰值光强越大。并且,在光强峰值位置附近的光强分布随传输距离的变化非

针对长距离水下无线光通信系统，采用蒙特卡罗方法研究了水下光束的传输特性。提出采用平顶光束替代传统高斯光束，以延长通信系统的传输距离。通过对比平顶光束和高斯光束在三类清澈海水中的传输特性，基于脉冲位置调制技术，对两种水下无线光通信系统进行实验仿真。结果表明：在相同条件下，高斯光束和平顶光束的水下无线光通信系统的可靠视频传输距离上限分别为268 m和340 m。在清澈海水中，采用平顶光束可以有效延长水下无线光通信系统的通信距离。该结果为长距离水下无线光通信系统设计提供了参考。