自1954年轴锥镜这一新型光学元件诞生以来,围绕着该光学元件的研究未曾间断过。在半个多世纪的时间里,科研人员先后通过轴锥镜获得了零阶贝塞尔光束、高阶贝塞尔光束以及局域空心光束,这几种新型光束又因为拥有独特的光学性质逐渐得到广泛的认识并被应用于诸多领域之中。例如人们将贝塞尔光束应用于激光加工、激光准直等等,而将局域空心光束应用于显微超分辨、光学捕获等领域。虽然科研人员对轴锥镜进行了深入的研究,但仍有许多方面值得探讨,例如用于暗场显微以及扫面全息等等。本论文主要对轴锥镜产生的贝塞尔光束以及局域空心光束进行研究,论文主要内容包括以下几方面:一、介绍了光学系统的极限分辨率。简要概述了几种突破极限分辨率的超分辨光学显微的方法,同时也尝试探讨了明场显微与暗场显微的成像性质与特点,并对明场与暗场的成像差异进行了对比,能看出暗场显微技术在分辨率与对比度方面相较于明场有一定的提高。二、综述了传统光镊的原理,将光镊系统与暗场显微系统相结合进行分析,旨在实现分辨率的提高。平行光束通过轴锥镜产生局域空心光束,经由透镜变换为合适的大小,进入暗场聚光镜后经压缩汇聚形成环形光镊,可把培养皿中的微粒捕获在环形光附近,被捕获微粒的散射光为我们提供了环形光的轮廓,实现在暗场显微成像下环形光的可视化。调整被观察微粒与暗场聚光镜之间的距离,可改变环形光的大小及光强分布。当环形光大小与单个微粒尺寸相接近时,微粒在光强梯度最大处被稳定住,同时显微成像的对比度也得到提升,分辨率达超越衍射极限。三、提出了一种在光学扫描全息(optical scanning holography,OSH)系统中实现高频信息有效提取的改进方案。使用拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束-轴锥镜代替其中一个光瞳。相较于使用环形光瞳的边缘提取结果,该方案在抗噪声能力以及成像质量上均有提高,减少噪声干扰的同时,改进了暗场照明效果,更利于有用信息的提取和观察,同时还能实现特定方向的边缘提取。