基于微透镜阵列和微图形阵列的莫尔动态显示技术能够显示具有立体效果的三维图像。介绍了一种集成于高分子薄膜上的微透镜阵列和微图形阵列的设计及制备方法。提出了动态显示的几何模型，采用该模型推导了动态图像周期、方向及动态效果的设计公式，可以实现上浮、下沉、相对移动等动态显示效果的设计。研究了动态图形的非阵列成像模式，得到了可以随视角变化发生消失、浮现的非阵列动态图形。采用光刻及压印的方法进行了动态显示薄膜的制备实验，结果表明动态图像的周期、方向及位移的测量值相对理论值的最大偏差分别为11%、16%和14%。提出的方法能有效地评估动态显示薄膜的性能及制备容差。

本文基于 Schupmann消色差理论, 介绍了一种离轴四反射镜衍射成像光学系统设计方法。设计了口径 1 m、F数为 8、视场 0.12°、波段 582.8 nm～682.8 nm的离轴四反射镜衍射成像光学系统。设计结果表明, 该光学系统的色差得到有效校正, 系统调制传递函数 (MTF)在 50 lp/mm范围内优于 0.53, 弥散斑半径的均方根值小于艾里斑半径, 成像质量接近衍射极限。分析了平面衍射物镜和曲面衍射校正镜可分别采用二元光刻工艺和金刚石车削技术制作的原因。对设计结构进行公差分析, 确定公差误差主要来源于中继反射镜的倾斜角度, 为装调过程提供指导。设计的系统为宽波段、高像质的反射式衍射成像光学系统发展提供了参考。

高功率固体激光器对入射的泵浦光具有严格的均匀性和工作深度要求。本文通过将微透镜阵列与长焦深菲涅尔透镜结合, 对半导体激光器阵列光束进行整形, 获得在长工作深度范围内的均匀光斑。本文针对 dilas E15Y-808.3-1260C半导体激光器阵列设计了目标光斑大小为 4 mm×4 mm的三维激光整形系统。仿真结果表明, 该光束整形系统与传统的多通道光束积分整形系统相比, 在光斑尺寸与均匀性保持不变的情况下, 工作深度增加了 2倍。

本文提出了一种简单、实用, 基于人工复眼成像的三维定位系统, 给出了人工复眼系统高精度定位机理, 建立了人工复眼成像三维定位系统设计方法。系统采用平面阵列相机作为系统成像主体结构, 每个子相机作为复眼的子眼, 子眼以正四边形阵稀疏方式排布, 采用平行光轴设计, 构造出稳定可靠的光学结构, 使计算结果更为精确。通过多重方向视差关系得出几何约束条件, 采用多方向性、选择性立体匹配算法, 建立计算模型, 实现高精度定位。制备了 1套子相机数目为 9的原理样机, 完成了三维定位测试实验, 实验获得定位精度为 2.53×10-4 rad。

本文分析了微透镜列阵衍射效应的影响因素，推导出了微透镜焦平面上光强分布的解析表达式，对菲涅尔数评价衍射效应的物理含义给予了合理的解释。并利用ZEMAX 软件对微透镜列阵进行仿真，基于惠更斯子波直接积分的算法计算得到了微透镜列阵焦平面上的光场强度分布。通过比较不同条件下所得到的计算结果，验证了以菲涅尔数作为微透镜列阵衍射效应评价依据的的合理性，同时验证了以菲涅尔数判断焦斑间串扰的可行性。

提出了一种基于亚波长金属光学谐振腔的纳米聚焦器件。通过利用亚波长金属结构激发表面等离子体波在谐振腔中发生干涉,形成驻波条纹,并被耦合进相邻的锥形微尖结构中,从而在锥形尖端进行聚焦,焦斑的尺寸达100 nm。研究表明：通过改变亚波长光学谐振腔的长度,可以对聚焦能量进行连续调制。利用电磁仿真软件FDTD 进行了针对性仿真,描绘出该器件的强度分布图,揭示出其内在工作机理,并总结出能量聚焦的规律。

本文分析了离焦量对微透镜列阵成像光刻图形质量的影响,给出了系统离焦量的容差。同时提出了一种结构简单、可应用于微透镜列阵成像光刻系统调焦的新方法。并将基于该调焦方法的实验装置应用于微透镜列阵成像光刻系统,进行了光刻实验。实验表明,利用该方法对微透镜列阵成像光刻系统调焦,可得到接近微透镜列阵极限像质的光刻图形。

针对人工晶体或隐形眼镜的面形上连续浮雕结构加工的特点，本文介绍了基于空间光调制器(DMD)曲面投影光刻物镜系统的设计方法。根据其成像面为曲面的特点，根据光学设计理论多次利用弯向物方的弯月形负透镜结构进行场曲校正，同时运用光的衍射原理优化设计物镜系统的数值孔径以消除DMD 投影过程中的栅格效应。运用ZEMAX 工程光学设计软件对系统进行了模拟、优化，并对优化后的结果进行了分析。对于设计实例利用上述设计原则给出了设计结果，工作波长为g 线(峰值波长λ=436 nm)，像面曲率r=22.5 mm，视场Ф6 mm，数值孔径NA=0.1，分辨力为7.8 μm(64 lp/mm)时的光学调制传函值＞0.8，畸变＜±0.05%。

针对工件台制造和装配过程中产生的移动直线性误差,建立了掩模沿曲线移动时曝光量与曲线和移动距离之间关系的数学模型.通过对实测工件台移动直线性误差规律的分析,确定了近似的移动曲线函数.利用MATLAB进行数值模拟的方法,分别模拟了沿理想直线移动、不同幅值和不同移动距离的曲线移动时,所获得元件的面形,并分析了面形误差的影响因素和"竹节"误差产生的原因.最后得出结论:通过控制移动距离为一倍的掩模图形重复周期,并减小工件台移动直线性误差,对控制元件的面形精度和"竹节"误差最为有利.

本文提出了一种有效的微透镜阵列填充因子快速检测方法.文章从光的标量衍射理论出发,分析了连续浮雕微透镜阵列的衍射光斑分布与透镜子口径、透镜矢高之间的关系,推导出了微透镜阵列远场衍射光斑的理论模型,用该模型对不同填充因子的微透镜阵列为例进行计算机模拟分析,并且搭建了实验装置来获得实际的衍射光斑.结果表明,模拟光强分布与实际衍射光斑相当接近,在此基础上给出了微透镜衍射光斑分布与填充因子之间的半定量关系,为微透镜阵列的快速检测提供了一种有效手段.这种方法可以实现微透镜阵列的准确、简单、低成本的填充因子检测,极大地提高了生产效率,满足了实际测试的要求.