轴棱锥(Axicons)是一种能够将轴上点源发出的对称光线偏折形成一条沿轴向分布的连续线段的旋转对称光学元件,具有轴向线聚焦性质。贝塞尔光束具有无衍射特性,是无衍射光场中研究和应用最为广泛的一类无衍射光束。轴棱锥具有轴对称径向线性相位变换特性,基于该特性可产生零阶贝塞尔光束;通过附加其它不同的相位调制,借助于计算全息和空间光调制器或衍射光学元件,可以产生其它高阶贝塞尔光束。基于轴棱锥相位变换特性产生的贝塞尔光束,在自准直、激光钻孔、激光等离子体产生、光镊及光学成像等领域具有重要应用。将轴棱锥用于光学成像系统,主要是利用其产生的零阶贝塞尔光束的无衍射特性,来提高成像系统的焦深和分辨率,文献中已对此进行了较多研究。本论文在基于轴棱锥相位变换产生零阶贝塞尔光束的基础上,研究分析轴棱锥相位变换对空间频谱分布及数字全息成像的影响,并给出matlab模拟结果和初步实验结果。本文的主要研究内容和创新点如下:一、基于轴棱锥相位变换产生零阶贝塞尔光束及其轴棱锥-透镜组合变换。在介绍无衍射光束理论的基础上,从多光束干涉角度对零阶贝塞尔光束的产生机理进行了物理解释。模拟了采用相位型空间光调制器实现轴棱锥相位变换和产生零阶贝塞尔光束的方法。研究了扩束准直激光束经过轴棱锥-透镜组合系统后的光束变换特性,扩束准直激光束经过轴棱锥-透镜组合系统后形成环形光束,环形光束的半径和宽度可通过改变透镜焦距或轴棱锥角度等参数进行调整。给出了采用扩束准直激光束照射产生零阶贝塞尔光束及环形光束的数值模拟计算结果和实验结果。二、基于轴棱锥相位变换的光学空间滤波。在传统4f光学空间滤波系统中引入轴棱锥相位变换,将轴棱锥相位变换特性和透镜傅里叶变换特性结合,研究轴棱锥相位变换对空间频谱分布和滤波成像的影响,提出一种新的光学空间滤波系统。与传统光学空间滤波系统产生以零频成分为中心的中心对称频谱分布不同,引入轴棱锥相位分布后在频谱面上得到呈现环形线圆对称的频谱分布,其零频成分位于环形线圆上,因此,实现滤波所需的滤波器结构和方法也不同于传统光学空间滤波,其最大特点是可实现对输入图像的分区域滤波。对于低通滤波、高通滤波、带通滤波、区域滤波及其它形式的滤波操作,本系统所采用的滤波器的结构与传统光学空间滤波系统中的不同,所得到的相应的输出像也不同。并且由于贝塞尔光束的无衍射特性,相比于传统4f光学滤波系统,引入轴棱锥相位变换后还可提高系统滤波成像的景深。三、基于轴棱锥相位变换的数字全息成像。基于贝塞尔光束的无衍射特性,在数字全息记录与再现过程中引入轴棱锥相位变换,研究轴棱锥产生的贝塞尔光束对再现像景深的影响。(1)在再现过程中对全息图应用轴棱锥相位变换;(2)在记录过程中对物光波应用轴棱锥相位变换,同时在再现过程对全息图应用轴棱锥相位变换。对以上两种情况进行了初步的研究,通过研究结果可以发现,轴棱锥具有的线聚焦特性提高了数字全息再现成像的景深。本论文通过在光学空间滤波系统中引入轴棱锥相位变换,得到了不同于传统光学空间滤波系统的频谱结构,提出了一种新的光学空间滤波方法和系统。通过在数字全息记录和再现过程中引入轴棱锥相位变换特性,初步验证了该方法可以提高数字全息再现成像的景深。进一步的深入研究,可丰富光学信息处理方法、拓展轴棱锥的应用范围。