强度传输方程(TIE)是用于非干涉相位恢复的重要手段之一。传统方法受限于输入图像的形状或收敛速度,进而限制了TIE的普遍性和相位恢复效率。因此,提出了一种基于快速迭代有限差分法(FIFDM)的TIE相位恢复方法。该方法在基于有限差分法(FDM)的TIE求解方法的基础上,考虑迭代过程中各点的相关性并引入松弛因子来实现相位恢复。仿真和实验结果表明,与离散余弦变换(DCT)法、FDM相比,所提方法具有更快的恢复速度、更高的准确性和更强的抗噪性能。

为了分析反射面形状对单模光纤照射的光纤位移传感器光强调制特性的影响，建立了反射面不为平面时的光强调制特性函数模型. 该模型基于单模光纤出射光场为修正近似高斯分布假设，通过引入反射面形状因子，分析了反射面形状因子对光强调制特性的影响规律. 仿真结果表明，随着凹形反射面曲率半径值的增大，传感器特性曲线的前坡无显著变化，而后坡灵敏度增大，线性范围减小；随着凸形反射面曲率半径值的增大，传感器特性曲线的前坡仍无显著变化，而后坡灵敏度减小，线性范围增大；当曲率半径增大的一定值时，反射面的非平面性影响较小，其作用趋近于平面.

为了获得实时调焦写入以及高的系统分辨力和衍射效率，提出了一种基于连续浮雕谐衍射透镜阵列的无模光刻方法。该方法采用连续浮雕谐衍射透镜阵列作为无模光刻的物镜阵列，在兼顾系统分辨力和衍射效率基础上，由同一衍射透镜阵列实现聚焦写入和检焦；同时利用谐衍射透镜的深浮雕特性调制透镜的环带宽度，降低透镜的制作难度。在分析谐衍射透镜特点以及考虑激光直写制作工艺对连续深浮雕衍射聚焦特性影响的基础上，设计、制作并测试了设计波长为441.6 nm， F数为7.5的连续浮雕谐衍射透镜阵列。测试结果表明，该阵列同时具有聚焦写入和检焦功能，且对写入激光和检焦激光的衍射效率均优于70%，有望改善无模光刻的制作质量。

为确定卷积效应以及深度制作误差对小F数连续浮雕衍射透镜(DOE)轴向聚焦特性影响,基于瑞利索末菲衍射理论建立了激光直写制作的连续浮雕衍射透镜非旁轴近似轴向光强分布模型。该模型考虑了连续浮雕衍射透镜的轴向衍射聚焦特性与透镜结构参数、写入光斑尺寸和扫描间距以及深度制作误差的关系,克服了傍轴近似条件下传统模型的不精确性。为验证模型的正确性,用激光直写制作了设计波长为441.6 nm,F数为4以及相位匹配因子为3的连续浮雕衍射透镜,并测试了波长441.6 nm激光入射时透镜的轴向聚焦特性。实验与分析表明,该模型分析结果与实验测试结果符合,从而证实模型的有效性,为激光直写制作的小F数连续浮雕衍射透镜的应用提供了理论依据。

为了减小激光外差干涉非线性误差,必须考虑偏振分光镜透过率和反射率不等对非线性误差的影响.通过分析两臂透过率与反射率不等对测量信号的影响,推导出两臂反射率与透过率不等对激光外差干涉非线性误差一次谐波和二次谐波影响的理论模型.仿真结果表明,透过率与反射率不等将严重的影响非线性误差一次谐波的大小,当反射率为1而透射率由1变为0.85时,其非线性误差由0.56nm增加到2.03nm,同时非线性误差只是一次谐波和二次谐波的简单叠加.仿真结果表明调整偏振分光镜的旋转角度误差能够有效的消除两臂透过率与反射率不等对非线性误差的影响.为进一步指导调整减小或消除非线性误差提供了理论依据.

通过建立非理想准直光束残余高斯特征的功率密度模型,阐述了光束准直效果与功率密度的关系,借助光束通光比例系数对直写光斑强度分布影响的分析,以光斑主瓣、旁瓣的强度和宽度为主要特征,讨论了直写光斑强度及强度分布与光束准直效果的变化规律,确定了合理选取激光直写系统中准直扩束比例系数的原则。通过仿真不仅系统阐述了理想准直光束与非理想准直光束所形成的直写光斑形状的差异,还描述了理想准直光束近似计算光斑强度分布时的误差形式,这一结论为激光直写机准直系统设计提供了理论依据。