轴对称光束是一种特殊的矢量偏振光束，其振幅和偏振态在光束横截面上的分布呈现轴对称性，是Maxwell方程组在柱坐标下的特征解。由于轴对称光束特殊的矢量偏振性质，近年来对于它的理论性质及实验研究渐渐开展起来。 本论文以轴对称光束的理论与应用为主要内容，涉及以下几个方面的内容： 1、轴对称光束在高数值孔径聚焦系统中的传输特性高数值孔径聚焦轴对称光束具有特殊的矢量聚焦性质，例如会在焦点附近产生很强的纵向光场，并得到超越衍射极限的超小焦斑等。轴对称光束的这些特殊性质使之可能应用于高密度光学存储、超清晰光学成像，多功能光学捕获等众多领域，已经引起了人们的极大兴趣。 2、优化设计DOE实现多功能微光操作对微粒进行多点光捕获一直是微光学操作领域备受关注的话题。在以往的报导中，利用不同阶数的Bessel光、LG模的干涉和高斯驻波等多种方法均可产生多点光捕获结构，但是这些方法都不能提供三维稳定捕获，或者不能捕获波长尺度的微小粒子，而且都需要多束入射光的参与。衍射光学元件(DOE：Diffractive Optical Elements)可以对光波面进行整形，产生一般传统光学元件不能实现的光波面。利用DOE调制单束径向轴对称光的入射波前，在焦点附近能够产生特殊的光学结构——沿光轴方向的三维“光链”。光链中的明亮部位能够对折射率比周围环境高的多个微粒进行捕获，而中空的暗区能够对折射率比周围环境低的多个微粒进行捕获，并且每个被捕获的粒子都能够稳定地被局限在各个势阱之中。此外，由于光轴附近的纵向能流接近于零，光链还能够稳定的捕获金属Rayleigh粒子。 3、高数值孔径聚焦系统的Gouy相位高数值孔径聚焦光场焦点附近会产生位相畸变，称为Gouy相位。对Gouy相位的研究有助于揭示轴对称光聚焦系统焦点附近特性的形成原因，诸如“光泡”、“光链”等。