随着现代光学技术的发展,人们逐渐了解到光不只携带了丰富的信息还可以作为探究物质世界的手段。因此,光作为信息的载体有较突出的优势,对光场的调控也显得特别重要。相位和振幅是光场的两个基本调控参量,其相应的调控技术和方法已经比较成熟。而偏振作为光场调控的另一个调控参量,其调控技术还有待完善和发展,因此以偏振作为光场调控的方法受到研究人员广泛的关注。本论文重点研究了偏振调制光场及其在光学成像中的应用。论文分析了新型矢量光束——完美庞加莱光束的特征,研究了完美庞加莱光束的偏振态与产生它的计算全息图相位之间的关系。同时,设计了一种操作方便且普遍适用的实验方案生成该光束,并验证了方案的可行性,证明了该方案可以在不改变光学系统的基础上实现了基础庞加莱球,高阶庞加莱球和混合阶庞加莱球之间的相互转换,为产生结构化的完美庞加莱光束提供了新方案。论文设计了一种基于几何相位和动力学相位生成和调控椭圆完美涡旋光和椭圆完美矢量光的新方案,理论分析了几何相位与动力学相位的调制机理,几何相位可以由偏振态进行调控,通过改变入射光的偏振状态实现相位涡旋向矢量偏振的转换,通过改变动力学相位的斜率因子,实现圆形光束向椭圆形光束的转换。通过实验验证了该方案,实验结果与理论分析相吻合。该方案所提出的几何相位调制为操纵光场的相位和偏振提供了额外的自由度,并且几何相位与动力学相位相结合的方法为集成光学和光纤通信领域提供方便灵活的途径。论文设计了一种基于偏振调制实现标量涡旋滤波和矢量涡旋滤波的方案。在矢量和标量涡旋滤波中,理论分析了矢量光学元件Q-plate在中心离轴情况下产生阴影效应的原因。同时,对比了自动聚焦艾里光束和高斯光束作为照明光源的区别,结果表明,在自动聚焦艾里光束照射下可以提高图像对比度和降低噪声。