虚拟现实头戴显示器(HMD)的光学系统应具有较大的视场角和出瞳，同时应具有重量轻和厚度薄的特性，从而适应人体的佩戴需要。为了同时满足这些要求，详细描述了一种基于初级像差理论的头戴显示器光学系统设计方法。根据这个方法，用两种聚合物材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)，设计了双片式的头盔系统，其出瞳直径为8 mm，视场角为70°。系统总长小于70 mm，镜头的总质量小于30 g。全视场相对照度大于0.4，其轴上像差和轴外像差都得到了有效校正，边缘视场点列图光斑半径在70 μm 左右，各个视场的调制传递函数(MTF)曲线分布较为均匀，同时中心视场和边缘视场的MTF值在8 cycle/mm 处分别为0.6和0.4左右，最大畸变小于2%，实际加工的系统对标准分辨率板的成像像质能够满足使用要求。

深紫外(DUV)光刻机照明系统普遍采用衍射光学元件(DOE)实现光瞳整形。根据光刻机的指标要求，衍射光学元件应具有高衍射效率和高均匀性的特点。传统的相位恢复算法如Gerchberg-Saxton (GS)及其改进算法，一般只能通过降低均匀性来提高衍射效率，无法得到最优的解。而全局优化算法如模拟退火法、遗传基因法等需要大量的计算时间，难以实现像素数目多的深紫外DOE 的设计。为了克服上述困难，提出了一种基于GS的混合梯度下降算法，在迭代过程中对每次迭代的振幅进行加权反馈修正，在加快收敛速度的同时，减少误差，同时实现高效率和高信噪比。利用该算法对光刻需要的传统、四极照明光瞳、定制照明光瞳的DOE 进行了设计，结果表明，实现传统和四极照明光瞳的16阶量化相位DOE 的衍射效率均超过92%, 而非均匀性分别为3.98%和2.3%。实现定制照明光瞳的DOE 的衍射效率为91%，图形恢复误差为5.8%。该方法为获得高性能深紫外DOE 提供一条可行的途径。