为了实现对不同偏振态入射激光的退偏控制，设计了一种具有随机位相分布结构的液晶退偏器。针对胆甾相液晶器件，利用时域有限差分法，对激光通过胆甾相液晶器件的传输问题建立了模型，并通过实验验证了理论模型，分析了激光通过液晶阵列单元后的偏振态变化及偏振态分布特性。仿真分析结果表明，在合适的液晶材料条件和微刻蚀坑的最大厚度条件下，胆甾相液晶器件对于不同偏振角的入射线偏振光均可以实现较好的退偏效果，且适用的谱宽范围较大。

完美涡旋（POV）光束具有光束半径与拓扑荷数无关的特点，与其他涡旋光束相比具有更加稳定的空间强度分布特性。利用多相位屏法和傅里叶变换法，分析了POV光束在大气湍流中的斜程传输特性。采用光束漂移和孔径平均闪烁指数作为大气湍流影响光束质量的评价参数，对比了POV光束与高斯涡旋光束在相同传输条件下的光束质量。结果表明：相比于高斯涡旋光束，POV光束的光束稳定性更好。当拓扑荷数增大或天顶角减小时，POV光束抵抗大气湍流的能力增强。在不改变POV光束拓扑荷数的前提下增大其光束半径，也能提高POV光束对大气湍流的抵抗能力。

稀疏孔径成像系统在校正共相误差后可实现多个子孔径干涉成像，达到提高成像分辨率的目的。本文以Golay3稀疏孔径成像系统为研究对象，分析了子孔径间存在不同活塞误差和倾斜误差时，系统的MTF和面目标成像情况。研制了一套Golay3稀疏孔径成像系统，以USAF1951分辨率板为面目标进行了成像实验。通过调整光束折转调整模块中的平面反射镜位置，校正了子孔径的活塞误差和倾斜误差，实现了三孔径合成成像，并对理论分析结果进行了验证。实验结果表明：所研制系统的角分辨率为1.77 μrad，接近于等效单口径成像系统的理论极限分辨率1.18 μrad。所研制的Golay3稀疏孔径成像系统能有效校正共相误差，提高成像分辨率。

基于原有Littman-Metcalf型光栅外腔半导体激光器的工作原理，设计了一种可以降低衍射损耗的外腔结构。在Littman-Metcalf结构的基础上增加一个反射镜，将闪耀光栅二次衍射产生的零级衍射光反馈回半导体激光器本征腔。推导了新结构模型外腔损耗的表达式，通过等效腔的概念对两种结构激光器的外腔损耗、阈值电流、输出线宽以及输出功率进行了仿真分析。结果表明：将二次衍射产生的零级光反馈回有源区可有效降低Littman-Metcalf结构激光器的外腔损耗，提高了系统的耦合效率，从而降低阈值电流，提高了激光器的输出功率。同时，由于提高了外腔反射效率，该外腔结构进一步压窄激光器的输出线宽。对影响低损耗Littman-Metcalf外腔激光器输出线宽以及输出功率的因素（端面反射率、内外腔长、闪耀光栅衍射效率以及反射镜反射率等）也进行了仿真分析，为后期激光器制作提高了理论指导。

以光栅外腔半导体激光器的理论知识为基础，对Littman-Metcalf型外腔半导体激光器的工作原理进行了说明，并详细地讨论了外腔半导体激光器的线宽压窄以及模式选择机制，采用严格的耦合理论和光线变换矩阵推导了系统结构参数对光场耦合效率影响的计算公式。同时，对影响Littman-Metcalf外腔激光器输出激光线宽的几个重要因素进行了分析，重点讨论了系统中准直透镜位置失调导致的线宽变化规律。计算结果表明：合理地控制Littman-Metcalf光栅外腔半导体激光器的外腔参数可以将中心波长为785 nm半导体激光器的本征线宽压窄四个数量级，该外腔系统中准直透镜位置失调会影响系统出射光场与经外腔反馈光场之间的耦合效率，进而影响光栅外腔半导体激光器的输出线宽。