近年来随着偏振光学的迅速发展,人们逐渐意识到偏振能够为光学技术的发展和应用提供更为丰富的自由度。由于独特的空间偏振状态分布,矢量光场在空间传播演化及与物质相互作用的过程中产生了许多新的光学效应和现象,矢量光场已成为了一个令人关注的研究领域。本文主要围绕矢量光场与复杂光学系统的相互作用及机理展开研究,旨在为解决偏振光学领域内的一些前沿问题,如精确调控矢量光场、优化设计高性能的光学系统、提高对光场偏振特性的有效利用、校正和补偿偏振敏感光学系统的偏振像差等科学问题,奠定理论基础并提供技术指导。本文的主要研究内容如下:首先提出了一种基于双延迟器级联系统的矢量光场偏振调控方法。构建了利用双延迟器级联系统调控矢量光场的数学模型,详细讨论了多种不同组合模式下的偏振调控效果和变化规律,包括双1/2波片组合、双1/4波片组合、单1/2波片和单1/4波片组合,分析并仿真计算了不同组合模式对矢量光场的偏振态分布的影响,最后通过实验验证了该偏振调控方法的有效性。其次,以深紫外光刻投影物镜为例研究了复杂光学系统自身的偏振特性。建立了光学薄膜偏振特性分析的数学模型,设计了深紫外增透膜系,并利用MATLAB语言实现了膜系偏振特性参数的计算;在此基础上,基于三维偏振光追迹算法构建了三维偏振像差函数,讨论了三维偏振像差函数的光瞳分布与视场、波长、以及光学薄膜的关系,并分析了二向衰减像差和位相延迟像差的分布规律。最后,研究了矢量光场与深紫外光刻投影物镜的相互作用及机理。分析了矢量光场对光学系统成像质量的影响,采用径向矢量光场和切向矢量光场作为照明光源,讨论了矢量光场的偏振态分布对深紫外光刻投影物镜波像差的影响;研究了光学系统对入射的矢量光场偏振态分布的影响和调制作用,分析计算了采用不同的柱对称矢量光场入射系统后,出射光场的偏振态的分布情况。