从光学自身机理上突破光学理论分辨率极限，实现远场超分辨光学点扩散函数，进而实现超分辨聚焦和超分辨成像，在激光加工、超分辨光学显微和超分辨望远等系统有着重要应用前景。近年来，光学超构表面的发展使得在亚波长尺度上实现光场振幅、相位及偏振的独立调控成为可能，为研制新型的超分辨平面超构透镜提供了更加灵活的手段。本文介绍了基于光学超构表面的超分辨平面超构透镜、相关测试技术方面几年来的研究进展，并讨论了该领域面临的问题和未来的研究重点和方向。

角向偏振聚焦光场在超分辨光学显微、粒子操控等领域有着重要的应用。为克服传统透镜体积大、不利于集成等不足，本文提出了一种基于二值振幅(0，1)调控的角向偏振光超振荡聚焦平面透镜。针对波长λ=632.8 nm，设计、制备了超振荡平面透镜样品。透镜半径为650λ，焦距为200λ，数值孔径NA=0.96。实验结果表明：聚焦光场在焦平面上形成的空心聚焦光场呈圆环结构；空心环内径半高全宽为0.368λ，小于超振荡判据(0.38λ/NA=0.398λ)；最大旁瓣比为36.7%。该平面透镜具有结构尺寸小、厚度薄、便于加工等优点，可用于光学系统的微型化和集成化。

数字微镜光谱仪在应用中编码矩阵的选取至关重要。 最佳的理论编码矩阵H矩阵存在非循环、 编码复杂、 双光路系统实现困难的问题而得不到广泛应用; 而最佳实用S矩阵较H矩阵信噪比提高优势略逊。 为此本文针对数字微镜光谱仪设计了一种互补S编码矩阵, 介绍了其构造、 实现过程以及对杂散光和暗电流噪声的削弱作用, 通过对其噪声改善程度理论的分析, 说明该算法结合了H矩阵与S矩阵的优点, 达到了理论与实用的双优。 经实验验证, 该算法较S矩阵编码模板信噪比提高了2.05倍。

MOEMS（micro optical electronic mechanical system）微镜面阵光谱仪主要利用微镜面阵分时选通实现单个探测器光谱测量， 具有无需斩波器实现脉冲信号输出， 无需机械模板实现哈达吗调制， 象元分辨率高， 体积小， 成本低等优点。 针对MOEMS微镜面阵光谱仪设计中， 狭缝尺寸与光通量之间的矛盾， 本文系统深入的分析该光谱仪微型结构引入的新影响因素， 获取最优值， 实现光谱分辨率改进。 首先， 提出了衍射限制， 空间采样率和谱面内弯曲对分辨率的影响， 模拟仿真， 获取最优参数。 最后， 搭建实验， 进行测试。 结果表明: 微型光谱仪中， 谱面内弯曲影响较小; 衍射受限导致光谱分辨率无法进一步改善; 空间采样率要求光谱光学分辨力至少是象元分辨力的两倍; 综合评价的狭缝最优值为1.818 μm， 象元分辨力为2.278 6 nm。

针对传统光谱仪体积大、成本高、检测速度慢、需样品前处理等不足，提出了利用数字微镜面阵（DMD）实现光谱谱面分割分时选通的近红外光谱仪光学系统.首先，对比传统光路介绍单探测器微型光谱仪系统测量原理;然后结合DMD特性提出光路方案，根据几何光学原理进行初步光学元件选型和光路结构设计，利用ZEMAX光学软件对光路进行仿真，确定结构参数；最后，搭建实验平台，进行光路测试.实验结果表明：该系统光路尺寸为70 mm×130 mm，测量波段为（900～1 500 nm），分辨率可达19 nm；在能量损失较小的情况下，减小狭缝尺寸可提高光学分辨率，狭缝的极限尺寸为200 μm；减小狭缝子午面高度可减小谱面内弯曲现象.本系统基本满足近红外分光，实现单点探测器光谱测量的要求.

提出一种运用微光机电系统(micro-opto-electro-mechanical systems, MOEMS)闪耀光栅, 动态产生阿达玛变换模版的微型近红外光谱仪。 它具有体积小、 价格低、 扫描速度快等突出优点。 分析了这种新型近红外光谱仪的结构和工作原理, 通过对MOEMS闪耀光栅编程, 动态生成了63阶阿达玛模版。 实验得到的光谱波形与岛津光谱仪测量结果吻合。 检测波长范围为900～1 500 nm, 分辨率为19 nm, 单次扫描时间2.4 s, 信噪比为44.67∶1, 光路尺寸为70 mm×130 mm, 总体重量<1 kg, 符合实时、 便携的要求。

提出了一种新颖的面向激光投影的微光机电系统(MOEMS)光栅平动式光调制器(GMLM),利用衍射原理对光进行动态调制,具有较简单的工艺和投影光学系统。介绍了GMLM的光调制原理和以GMLM阵列为核心器件的投影光学系统的构成。建立了GMLM的等效光学模型,用标量衍射方法推导出了GMLM经过投影光学系统成像的夫琅禾费衍射图样复振幅分布。搭建了GMLM投影演示系统,进行了静态投影和动态投影实验。实验验证了上述公式的正确性,并且验证了GMLM光调制原理和投影成像原理。

提出了一种改进型的可应用于微型光谱仪的光栅光调制器(GLM),器件由可动光栅和底层反射层组成。通过静电驱动由多个GLM组成的线阵单元,下拉栅条至不同高度可实现对不同波长光进行开关选通调制。介绍了该器件的工作原理、结构和工艺流程,利用Coventor软件对器件进行建模。通过有限元分析了器件的机电耦合特性,得到了器件的吸合电压和响应频率,并得出不同结构参数对器件栅条平坦度的影响关系。仿真结果表明:通过增加栅条厚度,改进底电极结构,且采用减薄的折叠型支撑梁,能够有效改善光栅面平坦度,使其较好地实现对光的开关选通。

提出一种新颖的面向高清电视(HDTV)的微光机电系统(MOEMS)光栅平动式光调制器(GMLM)，它利用衍射原理对光进行动态调制，具有较简单的工艺和投影光学系统，其结构适宜形成二维光调制器阵列。针对面向HDTV的应用，提出其指标要求，给出了关键设计公式和设计参数，并设计了符合GMLM特点的加工工艺。最后以加工出来的16×16的GMLM面阵作为激光投影实验对象，验证了GMLM的光学调制原理，证明了加工出的GMLM能够实现对光的动态调制。测量出器件单像素尺寸为52 μm×52 μm，驱动电压6.7 V,对方波的动态响应频率为11.9 kHz，单像素可以满足HDTV投影的驱动要求。实验也表明，GMLM面阵在加工均匀性和驱动方式上还有待改进。研究为以GMLM为核心的面向HDTV投影显示技术奠定了基础。