涡旋光束的轨道角动量 (OAM) 可用于信息的编码, 因此在自由空间光通讯等领域具有重要的应用价值。然而, 实际的传输空间通常存在着各种随机介质, 会造成传输涡旋光束的波面畸变, 导致传统的方法无法准确测量涡旋光束的轨道角动量。针对此问题, 以毛玻璃作为随机介质, 基于深度学习技术, 从涡旋光束经过毛玻璃所产生的散斑场中准确识别出了涡旋光束的轨道角动量。为提升光信息的编码与传输能力, 还进一步测试了多涡旋结构光束的轨道角动量识别。测试结果表明, 对于五个涡旋结构的光束, 所设计的网络仍能从单帧散斑图中准确识别其轨道角动量。

为了克服指向光源裸眼三维显示器光源结构复杂的问题,研究了一种侧面发光塑料光纤(POF)阵列背光源的设计和制作方法。通过分析侧面发光POF阵列和柱面微透镜阵列组成的定向成像光路,得到了侧面发光POF阵列的排布公式。实验制作了一种用于指向光源的侧面发光POF阵列,测量了指向光源的串扰度。结果表明,在设计的视区最佳距离530 mm处,横向-200~200 mm区域内的最低串扰度可达1%以下。最后分析了柱面透镜像差、POF阵列光纤错位和视区视角增大对POF阵列指向光源串扰度的影响。

头戴显示器光学系统由于焦距短、视场大而容易产生图像畸变。提出了一种头戴显示器的图像畸变测量方法，采用单位矩阵的傅里叶变换图像作为标准测试图形，应用傅里叶变换分析了头戴显示器光学传递函数与测量图像球面化畸变的关系，得到了形状不变的关系曲线。实验测量了5种头戴显示器的图像球面化畸变，得到的负球面化枕形畸变范围为-22%~-65%。结果表明：头戴显示器的球面化图像畸变量CVR与方格成像实验的畸变量D具有一定的线性关系，且球面化图像畸变量CVR的测量简单，能体现头戴显示器的整体图像畸变程度。该研究结果对头戴显示器的图像显示质量测量具有一定的参考价值。

设计了一种用于裸眼3D显示屏的低串扰新型双面柱透镜光栅板, 光栅板的入射面为等间距排列的与显示器子像素数量相同的凹形自由曲面光栅结构, 出射面为斜置的凸形自由曲面光栅结构.根据裸眼3D显示原理和几何光学原理推导了双面光栅板的光栅单元自由曲面设计公式和光栅参数计算公式.通过MATLAB编程计算和SolidWorks软件建模得到光栅板模型.用TracePro软件对所设计的光栅板模型进行光线追迹仿真, 结果表明: 参数优化后的6视点斜置柱透镜双面光栅3D显示在最佳视角的图像串扰度为0.068%, 与传统6视点斜置柱透镜光栅的最佳视角图像串扰度相比降低了2个数量级, 并且在观看距离2 000 mm~3 000 mm 范围内图像串扰度基本不变.

柱镜光栅式自由3D显示器的串扰问题和分辨率下降问题是影响其广泛应用的主要因素。采用定向背光方案，通过设计一种蝶形单元液晶显示屏光开关面板实现自由3D显示器的无串扰和无分辨率损失。详细推导了定向背光柱镜光栅面板的参数计算公式，给出了55 in(1 in=2.54 cm)4K 3D电视屏的定向背光模块结构参数，并采用TracePro软件仿真优化了设计参数。仿真结果表明，设计的自由3D显示器最低串扰小于0.01%，近似无串扰，并且与现有眼镜快门开关式3D视频图像完全兼容，图像无分辨率损失。