分析了将多块较小的光栅使用机械拼接的方式制成超大面积光栅, 能解决大面积光栅目前无法整块生产的情况, 在实际拼接中光栅会出现很微量的应力变形。根据拼接光栅通常的形变特点, 采用标量衍射理论建立了光栅形变的理论模型, 并就两块光栅拼接的情况进行了计算和分析, 发现形变同拼接误差一样, 会对光栅的远场光强产生负面影响, 微小的变形量都对远场光强造成破坏, 因此对衍射光场的影响不可忽略；获得了光栅机械形变的容限；最后给出了预防形变的措施:可着重减小y方向上约束, 并使用多层介质膜光栅降低光栅对能量的吸收。

在传统GS算法的基础上,根据角谱传播理论并引入一简单的梯度,提出一种快速、高精度相位恢复迭代算法--加速角谱迭代法。该算法使用三个面(即一个输入面和两个输出面)的强度信息恢复输入面光场的相位分布。数值模拟结果表明,该算法能在二维情况下快速准确地恢复各种输入面光场的相位分布,并且大幅度地提高了复杂光场的相位恢复精度。在模拟实验中多次选取随机初始迭代值,该算法的收敛结果唯一,表明算法有良好的收敛性能。

提出一种适用于连续相位板设计的改进Gerchberg-Saxton(GS)算法,该算法应用相位展开相关原理,结合滤波处理使GS算法设计的近场相位连续分布,同时提出在GS算法的远场迭代中采用经过修正的振幅函数,可使远场光斑的包络更接近目标函数。模拟实验表明,该方法解决了现有连续相位板设计中相位连续性与靶面光强控制效果难以同时优化的矛盾,可满足惯性约速聚变(ICF)对束匀滑元件相位连续性、光斑包络及能量集中度的要求。

利用表面等离激元短波长和近场增强效应的特性, 用多束p偏振态相干光激发表面等离激元(SPPs), 并优化干涉光刻的曝光参数, 可获得高分辨率、高对比度周期性纳米结构。阐述了多束SPPs干涉法制备纳米光子晶体的原理, 并得到了干涉场强度分布随光束增加的关系。随着干涉SPPs数目的增加, 干涉场会复杂变化,对此进行了计算机模拟。模拟了三束SPPs和六束SPPs干涉的强度分布,并分析了调制技术干涉曝光结果。该方法适合光电子器件中大范围亚波长的周期性孔阵或点阵结构的制作以及纳米量级光子晶体的的制作, 并可以有效降低制作成本。

利用自成像腔技术进行光子晶体光纤(PCF)激光器光束相干合成的实验研究,实现了两光子晶体光纤激光器的相位锁定。在不使用滤波器的情况下,实验仍能观测到清晰的干涉图样,且在高功率输出状态以及环境噪声情况下干涉图样仍可保持稳定,表明具有单模大模场特性的光子晶体光纤在实现光束相干合成方面比传统的双包层光纤(DCF)有明显的优越性。实验还表明耦合输出镜的反射率对相干输出功率有一定影响,当反射镜的反射率分别为5%,10%和15%时,两台激光器相干输出斜率效率分别为63.8%,61.6%和60.2%。在抽运功率为150 W和耦合输出镜的反射率为5%时,获得95.8 W的最大相干功率输出,相干功率合成效率为90.2%。实验中无任何热光效应产生,有望利用该方法获得更高的相干输出功率。

相干并束是获得高功率激光束的一种有效方法, 特殊设计的二维正弦相位光栅是一种较好的并束元件。介绍了二维正弦相位光栅并束的设计方案, 计算表明, 在3×3和4×4分束时分束效率分别为81.1%和73.1%, 与常用的达曼光栅相比分别提高37%和26.9%。对正弦相位光栅的制作和误差分析表明, 并束效率存在极大值, 给光栅的制作带来较大的误差宽容度, 分束与并束在光栅表面的光场存在一定差别。如果仅用于并束, 并束效率还有提高的可能。

在深入探讨DMD(Digital Mirror Device)灰度图形传递的特点基础上，把曝光量分布作为分析数字光刻成像的物理量，建立了数字灰度光刻的成像模型．以制作微米量级微透镜为例，通过模拟分析，讨论了数字光刻过程中DMD的工作方式、成像系统参量对抗蚀剂曝光量分布的影响，揭示了数字灰度光刻成像机理，为开展数字光刻实验研究提供了理论根据．