在经典光学领域,光场调控包括对光场空间域的调控以及对时间域的调控,前者主要是调控单色场的参量信息,包括振幅信息,相位信息,以及偏振态信息,后者包括光场的频率信息。调控光场参量对光的应用有决定性的意义,因此如何灵活且动态地调节这些光场参量,引起了研究者们广泛的关注。本论文的主要创新如下:提出了一种在三维空间中,振幅、相位和偏振态可以被同时调控的全矢量曲线结构焦场。论文回顾了前人提出的曲线结构焦场,针对性地改进了曲线结构焦场的振幅分布设计,使得相关联的入射场解析表达式可以对焦场的振幅、相位独立且灵活地调控,本文称之为特异曲线结构焦场。论文中提出的特异曲线结构焦场,由于是入射场和焦场的傅里叶关系是严格的数学解析解,所以相比于其他非解析解复杂图形焦场设计具有更高的焦场质量;相比于其他例如传统的Bessel光束产生的较为单一的结构焦场,具有更高的强度梯度有利于粒子捕获;而且由于其仅需改变入射场参数方程就能对应调控焦场的特性,使它即灵活简洁又不失其结构设计的多样性;值得一提的是,由于它的振幅分布与相位分布独立调控且与半径独立,构成了天然的任意曲线完美涡旋结构光场。本文在特异曲线结构焦场的理论基础上,结合前人提出的基于4f系统的矢量光场生成方案和正交基矢合成原理,将之前只能位于Poincaré球赤道线上或者本初子午线上的单一的偏振态分布,扩充到可以映射到整个Poincaré球上丰富的偏振态分布,突破了原来单一的偏振梯度分布的局限,增加了曲线结构焦场偏振梯度的多样性,本文称之为全矢量曲线结构焦场。在论文的最后,本文在实验上设计了相应的曲线Poincaré光束来验证该全矢量曲线结构焦场方案的灵活性和可靠性。