光学元件的表面疵病，即表面缺陷，其形状的大小会直接影响光学系统的性能，在对表面缺陷进行分类时，所面对的很多表面缺陷的形状都是不规则的，依靠普通的模式识别技术，分类很难达到预期的效果。为解决精密光学元件表面缺陷分类方法中精度低、耗时长的问题，提出了基于卷积神经网络的精密光学元件表面缺陷分类方法。采用散射法获取表面缺陷图像,分析其成像特点，通过对图像进行旋转，镜像扩增了数据集，加强了网络的训练能力。使用AC训练网络模型，在不增加额外计算量的同时加强了网络的特征获取力。通过Softmax分类器，将精密光学元件表面缺陷分为划痕、麻点及噪点3类。实验结果表明，所使用的模型对缺陷分类精度超过99.05%。

由微纳结构阵列构建的超构透镜体积小、质量轻，通过复合结构可实现多功能化设计，其口径一般为微米量级，对于诸如厘米级口径的超构透镜，其含有的微纳结构单元数量达到数十亿个。如果采用逐一建模的方式绘制这些微纳结构，必然导致版图文件过大，以至图形绘制时间长以及版图无法打开。为了解决此问题，基于版图设计软件L-Edit提出环状布局的超构透镜设计方法，采用二进制与库调用相结合的方法绘制超构透镜每个圆环中构建单元阵列，从而实现大口径超构透镜版图文件的有效压缩。研究结果表明：设计的超构透镜实现了亚波长聚焦；针对口径为50 mm的超构透镜，利用本文提出的版图绘制压缩方法，其版图文件大小为176 MB，远小于采用逐一建模绘制方式生成的版图文件（3.70 TB），实现了大口径超构透镜版图设计文件海量数据的高效压缩，从而保证了大口径超构透镜元件设计的可制造性。

基于观察瞄准镜系统中胶合目镜对滤光片的使用需求，设计了一种用于瞄准镜光学系统的截止滤光片，消除了滤光片的半波孔，压缩了通带波纹。采用电子束热蒸发技术制备了滤光片并测试其透过率，在400 nm～630 nm的平均透过率为95.76%，在655 nm～800 nm的平均透过率为0.06%，样片通过了盐雾测试和机械牢固度测试，制备结果满足设计需求。

基于微纳结构对光波调控实现聚焦与成像的超透镜是目前国际上竞相发展的前沿技术。本文针对目前已报道的近红外超透镜偏振相关、系统复杂以及透过率低等难题，提出了一种偏振无关的近红外超透镜。以低折射率材料SiO₂为基底，高折射率材料Si圆形柱为相位调控单元，设计波长为1.31 μm。利用时域有限差分方法分析了近红外超透镜构建单元的光波调控特性，构建了构建单元的相位延迟特性曲线，探究了构建单元周期对光波透过率的影响规律，实现了构建单元的优化设计，并基于波前重构方程，设计出偏振无关的近红外超透镜。数值仿真结果表明：相位调控单元的相位延迟与透过率不仅取决于Si圆形柱半径、高度，而且与单元周期密切相关；基于分析的构建单元光波调控特性，设计的近红外偏振无关超透镜焦距仿真值为19 μm，与设计值较好吻合，透镜透过率达到65%。设计的超透镜不仅体积小、质量轻，而且为平面透镜，因此易于光学系统集成，在激光雷达、激光夜视等技术中展现出广阔的应用前景。

为抑制激光散斑现象，利用时间平均抑制散斑理论的基本思想，设计了一个具有高透射率、随机相位功能的超表面结构，并结合MEMS技术实现了微纳旋转载台的设计制造，实现了超小型的散斑抑制器件制造.实验结果显示激光散斑对比度可降低至2.63%，满足激光投影领域使用需求.该激光散斑抑制器件使用方法简单、能量利用率高、成本低且易于批量制造.