学位论文首先对无衍射光束的特性进行了研究,以高阶无衍射光束为例,利用体视显微镜与CCD成像系统分别对光斑进行了测量,并利用理想轴棱锥与圆顶轴棱锥聚焦无衍射光束产生周期性的局域空心光束(Bottle beam)进行对比研究。除此之外,基于无衍射Bessel光束特性的研究,论文中分析了轴棱锥的线聚焦特性对成像系统焦深的影响,并设计了一种非相干光源无衍射Bessel光束成像系统,将无衍射光束运用在成像系统中,内容主要包括:(1)主要对光学测量仪器体视显微镜与CCD成像系统在高阶贝塞尔光束光斑测量中的应用进行分析,通过以非相干LED绿光经过螺旋相位板和轴棱锥产生的高阶无衍射Bessel光束为例,模拟出沿轴向不同距离处的截面光强分布图,并与相应的实验参数(如:最大无衍射距离、中心暗斑直径等)进行比较。数值模拟与实验结果都表明体视显微镜与CCD成像系统的都能对无衍射光束的光斑进行测量,并且测量结果均一致,但是利用体视显微镜测量光斑误差较大会影响测量结果的准确度。(2)基于惠更斯-菲涅耳衍射积分理论推导出无衍射Bessel光经过理想轴棱锥和圆顶轴棱锥后的光强表达式,并对理想轴棱锥与圆顶轴棱锥聚焦的无衍射Bessel光束的传输特性进行描述,数值模拟不同截面下的光强分布图和径向光强分布图。数值模拟结果表明圆顶轴棱锥和理想轴棱锥都可以产生周期性的局域空心光束(Bottle beam),但是相比于理想轴棱锥,圆顶轴棱锥所产生的Bottle beam周期较短,并且中心光强较强,暗斑尺寸较小。(3)基于傅里叶光学理论和透镜成像理论对轴棱锥线聚焦与凸透镜点聚焦两种成像系统进行分析,并探讨了它们对成像系统焦深的影响。利用ZEMAX光学软件仿真模拟出系统在不同轴向距离的截面光强分布图。以蓝光LED为光源,对这两种成像系统进行实验验证,拍摄不同轴向距离处的截面光强分布图。结果表明轴棱锥所具有的线聚焦特性,能将光束连续地会聚到轴向不同位置处,图像的清晰度高,且在最大无衍射距离内无需调焦,具有更大的焦深,理论分析、仿真模拟与实验结果相吻合。(4)设计一种非相干光源无衍射Bessel光束成像系统,由衍射积分理论计算出平行光入射轴棱锥后的光强分布,分析了非相干照明下加入轴棱锥后成像系统的点扩散函数,再根据瑞利判据导出成像系统的分辨率;利用ZEMAX光学设计软件对无衍射光束成像系统的初始结构模型进行仿真模拟,模拟出成像截面图、径向光强分布图以及调制传递函数(MTF)曲线;最后进行实验验证。将蓝光LED作为光源,并在光路中加入准直扩束系统以及轴棱锥等光学件,利用体视显微镜(含数码相机)拍摄成像图片并分析。理论分析、仿真模拟和实验结果均证明利用无衍射Bessel光束可以提高成像系统的分辨率。