现代光学技术越来越依赖偏振光自身携带的丰富信息作为探测和感知物质世界的手段。偏振参量是电磁场的光强、相位、光谱等参量之外的重要自由度,主要指光的偏振度(总能量中完全偏振成分所占比重)和偏振态两个方面。对它们行为特性的准确掌握是有效利用偏振信息的基本前提,这使得从理论层面研究偏振参量若干规律成为发展偏振光学技术不能回避的问题。本文就光场偏振度随光传播、散射等过程的纵向演化特性和偏振态在空间中精细分布结构进行研究。对于偏振度的演化特性,详细探讨了导致偏振度演化的机理。首先选取准均匀随机介质作为模型研究光经过该类介质散射后偏振度的角分布情况。在将标量散射利用矢量角谱方法推广到矢量散射后,重点分析了随机介质统计参数尤其是折射率空间相干性因素所起的主要作用,并指出相干性因素是引起偏振度演化的原因之一。在此基础上,将偏振度演化机制的研究延伸到具有相似性的部分相干光源辐射场。本文从引进交叉偏振度概念入手,指出相干性效应并非导致偏振度演化的唯一因素。通过构造了两个具有相同相干性、相同偏振度、不同交叉偏振度的光源并证实这样一组光源的辐射远场仍然具有不同的偏振度,即交叉偏振效应同样导致偏振度演化,澄清了对于偏振度演化机制的认识。另外以交叉偏振度作为工具,提出一种定义三维光场偏振度的方法。注意到偏振度反映光垂直分量间相关性本质,这种相关性由于正交关系在振幅上得不到反映,而必须以光强相关的形式出现。提出通过将交叉偏振度从二维场推广到三维场的方法来间接得到三维光场偏振度。对于偏振态精细结构的研究主要围绕随空间位置变化偏振态分布的产生及分布中偏振奇异点的分析展开。在阐明用线型和圆型双折射器件调制偏振椭圆度和方位角原理的基础上,提出通过将两束沿不同方向调制光束叠加的方法来实现二维偏振椭圆分布。讨论了当两叠加光束之间相关性不同时得到的偏振态分布,发现光束间相关性显著影响偏振度、偏振态等分布。接着研究了两个有相位涡旋调制光束叠加后偏振椭圆场的分布情况。借助奇异光学理论对偏振椭圆场进行了整体性分析,讨论了圆偏振点附近椭圆方位角包络线的形态以及小幅扰动下圆偏振点的运动情况。分析了扰动作用下奇异点拓扑稳定性导致的方位角包络线拉伸与压缩效应和由此引起的圆偏振点形态之间的转化。高数值孔径系统焦点区是另一个可能出现复杂光场结构的场所。为此用数值模拟方法研究了非均匀偏振入射光被高数值孔径聚焦后焦点附近区域能量、相位、偏振奇异点的分布。计算过程采用了快速傅立叶变换方法解决矢量衍射积分在无对称性条件下计算复杂度高、计算量大的问题,使任意偏振分布的聚焦计算耗时量显著降低。首先计算了几种不同偏振分布聚焦后焦点附近三维空间的能量和相位分布,发现焦斑形状、各分量能量比重、能量中心位置等对入射偏振分布都是敏感的,这有助于通过偏振性质对焦点特性精确控制,而相位分布有助于分析能量暗区附近的结构。接着计算了焦点附近的圆偏振和线偏振分布,发现圆偏振产生更易受到入射光相位涡旋的影响,而对一般的非均匀偏振敏感度不高。发现圆偏振和线偏振的共同特征是它们都分布于三维空间的曲线上或二维空间的点上,且可以在比波长更小的空间尺度上发生变化,这与奇异光学理论有很好的吻合。本文对偏振度演化和偏振态分布的研究结论在较广范围内对偏振光的应用有一定价值。特别是在需要对偏振光进行复杂加工、变换的场合,有助于预测可能得到的结果和分析出现的现象,对需要综合利用偏振光多自由度发展新的成像和探测技术方面也有一定帮助。