以衍射理论为基础, 建立了椭偏高斯光束通过非线性介质后远场光强分布的理论模型。利用该理论模型采用数值模拟的方法研究了椭偏高斯光束与非线性介质相互作用后在远场形成的衍射图样随椭偏光椭偏率变化的演化规律。分析发现, 在不同非线性机制下, 椭偏率的变化对远场衍射图样的影响明显不同。在分子取向机制下, 非线性介质对入射椭偏高斯光束椭偏率变化的响应最敏感, 不仅影响衍射图样的分布尺寸和衍射环的数目, 而且还影响远场衍射图样中央光斑的亮暗。由于线偏振和圆偏振是椭圆偏振的特殊情况, 本文所建立的模型也适用于入射光束偏振态为线偏振或圆偏振态的情况。

提出了一种基于光学衍射的二值图像加密方法。该方法仅需记录单幅衍射强度图像，加密过程避免了干涉装置，提高了记录效率，且单幅密文的传输更为方便。在加密前，先提取原始二值图像的冗余数据作为密钥保存，再使用光学衍射图像加密方法对原始二值图像加密，得到的衍射强度图像即为密文。解密时使用相位恢复算法进行迭代运算，把先前提取的冗余数据作为输入平面的部分振幅支撑，使算法能够快速收敛，从而完全恢复明文。计算机模拟结果证实了该方法的有效性，也分析了其对剪切和噪音攻击的稳健性。

提出了一种基于光学衍射成像原理的彩色图像加密方法.首先把彩色图像分成红、绿、蓝三基色分量, 并将三基色灰度图像分别作离散余弦变换, 得到对应的离散余弦变换谱.保留离散余弦变换谱的主要数据, 并用空间复用的方法把这三个主要数据融合于一个实值图像之中, 该图像即为复合频谱.再将此复合频谱送入光学衍射成像系统中加密, 得到单幅密文.解密过程为加密过程的逆过程, 即首先由单幅密文恢复复合频谱, 再由复合频谱分离出三基色图像的部分离散余弦变换谱, 再对这些离散余弦变换谱做逆变换得到三基色图像.由于对复合频谱设置了一个特殊数据区, 因此在利用相位恢复算法恢复复合频谱的过程中, 这些特殊数据作为输入平面的部分振幅支撑, 可以避免迭代过程的停滞问题并提高收敛速率, 从而完全恢复复合频谱, 进而恢复原始图像.本方法可以将一幅彩色图像加密成单幅具有噪声图样的强度密文, 同时, 解密恢复得到的原始彩色图像具有较高的像质.

为了克服双随机相位编码系统的局限性, 提出基于光学衍射成像原理的图像加密方法.该方法在光学衍射加密系统中加入可变光阑, 形成透光面积不同的振幅板, 对明文进行加密, 得出多个密文.解密时, 通过相位恢复算法, 从多幅衍射强度图像中恢复原始明文.仿真表明, 由于只需要记录光波的衍射强度, 在密文记录过程无需使用干涉装置, 通过可变光阑可以方便地调节振幅板的透光面积, 无需改变光学结构或者移动光学器件, 因此, 大大降低了加密过程实施的难度.