贝塞尔波束是由美国Rochester大学的Durnin及其合作者于1987年首次引入光学领域。理想的贝塞尔波束在无界的自由空间中传播时，与其传播方向垂直的每个平面上的强度分布总是保持不变且具有高度的局域化。由于这类波束具有主瓣尺寸小(约为波长量级)、强度高、焦深长、方向性好、传播距离远等许多新颖的特性，有着十分诱人的应用前景。在光学领域，它可应用于激光大气通讯、宇宙飞船间的能量传输和通信、电磁波炮弹与子弹的实现；用于高精度定向或准直光学系统；可作为光钳来操纵粒子；还可应用在激光加工技术中。国际上迅速地掀起对贝塞尔波束的研究热潮，众多的科学家相继投入到有关的理论、实验及实际应用的研究中。在毫米波与亚毫米波频段，它可望用于成像、测量及实现电磁能量在空间的远距离聚束传输等，所以在该频段对这类波束进行研究无疑具有重要的学术意义和潜在的应用价值。本文将在毫米波与亚毫米波频段开展对贝塞尔波束的研究，深入分析这类波束的标量和矢量性质；提出几种近似实现贝塞尔波束的物理方法；严格分析轴棱锥实现的伪贝塞尔波束特性；研究贝塞尔波束的衍射传播特性；最后还展望了其潜在应用。本文主要工作包括以下几个部分：　　 1、详细分析了贝塞尔波束的标量和矢量性质。首先分析了标量形式的贝塞尔波束，在此基础上借助辅助函数-Hertz矢势，求解矢量Helmholtz方程。推导出TM和TE模贝塞尔波束的表达式；讨论了贝塞尔波束的极化方式；计算了TM和TE模的能量和能流密度。这些结果有助于深入认识贝塞尔波束的性质，对研究如何产生高质量的伪贝塞尔波束也有很大的帮助。　　 2、运用二元光学元件(Binary Optical Element,BOE)来设计贝塞尔波束变换器，以提高衍射效率和灵活实现任意阶的伪贝塞尔波束。使用的设计工具有二维和三维两种，其中二维工具为遗传算法(GeneticAlgorithm，GA)联合二维时域有限差分(Two-Dimensional Finite-Difference Time-Domain,2D-FDTD)方法；而三维则是微遗传算法(Micro-Genetic Algorithm，MGA)与旋转体时域有限差分(Body-Of-RevolutionFinite-Difference Time-Domain，BOR-FDTD)方法相结合。　　 3、严格分析由传统的轴棱锥(Axicon)和分形圆锥透镜(Fractal Conical Lens，FCL)产生的近似贝塞尔波束的特性。本文应用严格的电磁分析方法—2D-FDTD方法结合Stratton-Chu衍射积分公式，分别计算了这两种元件产生的伪贝塞尔波束的轴向和横向强度分布，分析并总结了它们的衍射特性。　　 4、提出并设计了二元轴棱锥(Binary Axicon)元件，以便用于微型化或集成化的准光系统中。所设计的器件较全息型轴棱锥(Holographic Axicons)易于加工，且与传统的轴棱锥相比有体积小、重量轻、损耗小等优点。　　 5、提出并优化设计了不规则二元轴棱锥(Irregular Binary Axicon,IBA)器件，以实现轴向强度均匀分布的伪贝塞尔波束。　　 6、分别设计并分析了贝塞尔、贝塞尔-高斯谐振腔。基于准光技术分别设计了贝塞尔、贝塞尔-高斯谐振腔。发展了经典的Fox-Li算法，提出了Stratton-Chu迭代法，并将其用于分析所设计的谐振腔。　　 7、比较了贝塞尔波束与高斯波束的衍射传播特性。由于先前学者所采用的比较标准不够客观公正，得出相反的比较结论。本文提出了更为合理的比较准则，且应用Stratton-Chu公式计算了两波束通过硬边光阑后的衍射场分布，总结了比较结果。