针对角谱法在远距离衍射计算时的失真问题，分析其原因为有效频谱成分减少和频谱混叠造成的计算误差。结合带限角谱法的频域采样特性，对缩放角谱法进行了改进，并应用于大尺寸方形长焦透镜、圆形轴锥透镜和平顶光束衍射光学元件的衍射场分布计算。结果表明，相较于原始的带限角谱法和缩放角谱法，改进算法获得的衍射场分辨率更高且不存在边缘失真现象，在大尺寸口径、长距离、小衍射场精确计算方面具有重要的应用潜力。

衍射光学元件（DOE）对入射光束的波长、束宽、光束质量等参数都有很高的要求，其中光束质量的影响无法直接通过相干光场的衍射积分得出。本文利用高斯谢尔模型（GSM）光束分析了光束质量对平顶衍射光学元件输出的影响。采用对称迭代傅里叶变换算法设计了输出平顶光斑的DOE。用模式分解的方法研究了不同光束质量的光束经该DOE后的输出光斑，发现光束质量因子增加会使输出光斑平顶区尺寸减小，导致DOE失效。从交叉谱密度出发，表明DOE的输出光斑是相干部分和非相干部分的卷积，其中非相干部分是导致输出光斑劣化的原因。给出了平顶衍射光学元件适用的最大M²因子与输入和输出光束尺寸之间的关系。给出了一种GSM光束整形DOE的设计方法，该方法有助于在低光束质量激光器中实现DOE的应用。

应用于激光剥离、激光退火、激光转移等领域的大功率纳秒紫外激光器的输出激光通常是强度分布不均匀的部分相干光，为满足精密加工的高均匀度要求，开展了基于成像型微透镜阵列的紫外激光匀化技术研究。利用伪模分解理论和角谱衍射传输算法，建立了快速计算部分相干光通过微透镜阵列匀化系统的数值模型，并以准分子激光为仿真光源，通过对离焦量、阵列间距等参数的分析，确定了最佳设计参数，实现了边缘锐利的高均匀度方形光束输出。此外，详细讨论了微透镜阵列失调对光束形貌和均匀度的影响，并通过实验说明了理论设计的可靠性和参数影响分析的准确性。

ZnSe是Ⅱ-Ⅵ族重要的半导体材料,在常温常压下是闪锌矿结构,在高压下会发生相变转变为岩盐矿结构。将过渡金属离子掺杂在ZnSe晶体中可以有效获得中红外区域的激光增益介质和光电材料。主要研究了高压对Cr 2+掺杂ZnSe半导体材料性质的影响。基于密度泛函理论的第一性原理,计算了掺杂剂(Cr 2+)的引入对ZnSe相变压强的影响,以及高压环境下ZnSe和Cr 2+∶ZnSe晶体的电子结构、光学性能和力学性能的变化。Cr 2+掺杂降低了ZnSe从闪锌矿到岩盐矿结构的相变压强,并且掺杂浓度越高,相变压强越低。分析了ZnSe和Cr 2+∶ZnSe的电子结构和光学性能,高压下晶体由半导体性质转变为金属性质。环境压力和高压下计算得到的弹性常数均满足稳定性条件,验证了晶体结构的机械稳定性。同时,高压下晶体较大的体积模量、剪切模量和杨氏模量说明岩盐矿结构具有更大的硬度和更高的稳定性。