基于液晶空间光调制器和数字微镜器件等二维阵列器件的空间光场调控技术,通过对光场的振幅、相位和/或偏振态等参量的调控,可以在二维或三维空间产生各种具有特定强度分布的新颖空间结构光场（如多焦点阵列、无衍射光束、自弯曲光束等）。这些特殊结构光场在光存储、微纳结构加工、微粒操控、激光等离子体通道产生、超分辨显微成像等领域具有重要的应用,已成为当前国际光子学领域的一个研究热点和前沿方向。本文利用液晶空间光调制器调控飞秒激光或连续激光的空间相位分布,在光学显微系统中产生光点阵列和多种新型无衍射光束,并开展相关应用研究,主要包含以下研究工作:1.提出一种改进的计算全息图快速算法。基于经典的Gerchber-Saxton迭代算法,提出了一种改进的快速计算xz纵截面具有任意强度分布目标场并且具有高再现质量的相位全息图的新算法;数值模拟比较了Davis、Arrizon1和Arrizon2三种计算相位全息图的复编码方法和性能,为光场复振幅调控做好理论储备;将啁啾Z变换与矢量衍射积分理论相结合,改进了光场理论再现算法,对改善实验结果具有重要指导意义。2.设计搭建了一套多功能飞秒激光空间光场调控实验系统。利用二值相位光栅衍射法对纯相位型液晶空间光调制器进行伽马校正,优化其相位调制特性,使其相位调制曲线在0-2π线性变化;基于自适应光学原理并利用遗传算法对系统像差进行校正,改善光场再现结果,为新型无衍射光束产生和并行数据存储实验做好准备。3.理论提出并实验产生了多种新型无衍射光束。通过修正经典艾里光束的空间频谱,实验产生了一类具有多个主瓣的新型加速光束;提出一种用于产生加速光束三维阵列的通用方法,利用该方法首次实验生成艾里光束三维阵列和双主瓣加速光束三维阵列,并利用平面镜轴向扫描光场测量法实现了对光场强度分布的快速精确测量和三维可视化重构。4.在菌紫质薄膜中实现了并行永久光存储和偏振敏感微结构制备。在菌紫质薄膜中发现并命名了一种飞秒激光双光子诱导的蓝移产物(F₅₄₀态);基于其在线偏振飞秒激光作用下的永久光致各向异性,在菌紫质薄膜中实现了偏振复用和灰度级编码并行光存储,数据通量和存储密度都得以提高;同时还在菌紫质薄膜中制备了一维光栅、二维光格子、贝塞尔波带片等偏振敏感的微结构,可用于偏振可控的衍射光学元件。5.发现塑料偏振片飞秒光致各向同性光学特性并将其用于并行光存储和偏振敏感微结构制备。在塑料偏振片中观测到反常的飞秒激光诱导光致各向同性现象,并证明其是飞秒激光作用下的双光子吸收不可逆光化学过程。利用其高偏振对比度的优良光学特性,在塑料偏振片中实现了偏振复用并行光存储,并制备了多种偏振敏感、具有高对比度和高衍射效率的微结构。