随着对于光学认知的不断加深,如何以一种更加灵活有效的方式操控光场正逐渐成为一个新的研究热点。作为光的两个基本属性,振幅和相位在光场的空域调控中已经得到了充分的研究和利用。而偏振态作为描述光矢量性质的另一个重要参量,直到矢量光束的概念提出以后才得到足够的关注。所谓矢量光束实际上就是一种在光束截面上具有非均匀偏振态(states of polarization,So Ps)分布的结构化光场,因此和传统的标量光束(即均匀偏振光场,包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振光)相比具有许多独特的性质。尤其是在紧聚焦条件下,聚焦场的空间分布极大地依赖于入射偏振。矢量光束丰富多变的So Ps可以为高度局域聚焦电磁场的定制提供更加灵活的自由度,也因此产生更多拥有巨大应用潜力的新颖现象。作为另一种结构化光场,涡旋光束由于具有空间变化的相位分布和确定的光子轨道角动量,近年来同样引起了科研人员的广泛关注。通过结合两种新型光场的结构特点,本论文围绕矢量涡旋光束的聚焦调控以及聚焦光场在光镊中的应用进行了系统的理论研究。具体研究内容如下:1.通过推导一束线偏振平面波入射时对应的聚焦电磁场表达式,对本论文的研究基础Richards-Wolf衍射理论进行了概述。在此基础之上,进一步建立了用于计算局域线偏振矢量涡旋光束和杂化偏振矢量涡旋光束对应三维焦场分布的广义积分公式。2.利用建立好的模型,详细讨论了四种入射矢量涡旋光束的聚焦特性,包括角向变化局域线偏振矢量涡旋光束,径向变化局域线偏振矢量涡旋光束,空间变化局域线偏振矢量涡旋光束,以及杂化偏振矢量涡旋光束。通过调控入射偏振及相位,在理论上得到了一系列具有特殊强度分布的聚焦光场。例如,三维的空心光束,瓶形空心光束,旁瓣被高度抑制的聚焦光斑等。3.根据偶极子近似,计算了在不同聚焦电磁场照射下,作用在球形纳米颗粒上的光学力分布。模拟结果显示,通过引入沿光轴方向的可调焦点移动可以对颗粒的纵向捕获位置进行调控。此外,利用振幅和偏振调制产生的光学笼可以对折射率比环境低的颗粒实现稳定捕获。更重要的是,从理论上证明了一种用于在横向平面上识别与分离一对具有相反手性的纳米颗粒的新方法。