超短脉冲由于其具有超高的峰值功率及极窄的时间宽度,广泛应用于工业、信息等领域。通过研究超短脉冲传输特性,可以对超短脉冲传输过程进行优化以得到峰值更高、时间宽度更窄的超短脉冲,使其在瞬态测量、化学反应动力学、光学频率梳等应用中前景更加广阔。本研究基于ZEMAX的追迹功能和Mathematica联合计算,研究超短脉冲经过大数值孔径透镜系统的聚焦和传输特性,提出一种计算任意波形超短脉冲经过任意复杂光学系统传输特性的方法。首先,在ZEMAX中编写宏程序,通过光线追迹获得超短脉冲在光学系统出瞳上的位相分布;根据索末菲衍射积分和菲涅尔衍射积分编写了光波传输计算的五种空间传播子,分析了空间取样对传播结果的影响。结合光线追迹和空间传播子,编写了计算脉冲传播的程序;使用该程序研究了超短脉冲经过理想透镜的聚焦特性,发现脉冲波前是完美球面波,且关于焦点对称分布,与理论一致,验证了所编写程序的正确性。其次,研究了超短脉冲经过具有大球差单透镜系统的聚焦特性。通过对脉冲在焦点区域空间演化分析,发现焦点之前区域的强烈相干效应来自于球差的影响,在焦点位置聚焦的主要为近轴光线,在焦点之后的区域光线发散,相干现象消失;研究了光学系统孔径对聚焦的影响,发现存在一个最佳的入瞳直径,使脉冲在焦点处具有高的峰值强度和好的波形分布;研究了超短脉冲宽度对聚焦的影响,发现位置色散是影响超短脉冲聚焦的另一个因素。最后,研究了超短脉冲经过具有较大轴向色差的透镜系统。在该系统中,脉冲的空间演化与理想透镜聚焦类似,脉冲波前关于焦点呈现对称分布;位置色差引起的相干效应与球差不同,其特点是在焦点前后区域均会产生相干,而球差只会使脉冲在焦点前的区域产生相干效应,聚焦随脉冲宽度变化的研究,进一步支持了这个结论;孔径尺寸对聚焦影响的研究表明,在小球差的系统中,仍能观察到球差的影响,但其影响较为微弱,只能在特定条件下才能观察到这种效应,同时在该透镜系统中,不存在最佳入瞳直径,脉冲光斑仅随着入瞳的减小而增大。