一套好的对于光束能量和偏振态的分析方法将对我们设计光学系统起到很好的指导作用。在光学系统中,不同偏振态光束的能量的计算方法是不同的。由于在振动面内任意方向都存在着振动,无偏振光和部分偏振光传播时能量和偏振态变化情况比较复杂,在某些情况下,例如大数值孔径成像时,光束的偏振态还会影响成像质量。借助光线追迹的方法,本文对不同偏振态光束的能量和偏振态分析方法做了较系统的研究。本文的创新点在于,针对无偏振光和部分偏振光,首先提出了一种用采样线偏振光来描述非完全偏振光能量和偏振态的方法,该方法具有较好的直观性,较高的精度,但是计算量较大。为了减小计算量,本文又提出一种光线椭圆方法,该方法引入光线椭圆来描述非完全偏振光能量和偏振态,并采用光线椭圆叠加的办法来分析光束在光学系统传输时能量和偏振态的变化情况。文章选取不同的光学系统,举例介绍了这两种分析方法的应用,最后并对大数值孔径、高像质的齐明透镜系统讨论了入射无偏振光能量、偏振态的变化,以及大数值孔径带来的偏振效应问题。结果表明,大数值孔径使成像光束中TM偏振光强度相对增加,影响成像对比度；提高像方介质的折射率,例如将像方介质改为折射率油,会改善此种偏振效应问题。