利用严格傅里叶模式理论研究了不同基底折射率、入射角度、归一化周期、归一化沟槽深度对正弦型光栅微结构衍射效率的影响, 并分析了该光栅的衍射特性.基于标量衍射理论和等效介质理论, 分别计算了光栅周期远远大于和远远小于入射波长时, 正弦型光栅的衍射效率, 并与傅里叶模式理论的计算结果进行比较, 分析标量衍射理论和等效介质理论的有效性.结果表明：在垂直入射条件下, 当光栅基质材料折射率为1.5时, 标量衍射理论在光栅归一化周期大于5时, 能够准确计算光栅衍射效率, 误差小于3%; 当基底折射率增大到3.42时, 只有在光栅归一化周期大于10时, 标量衍射理论才有效, 误差小于5%; 当正弦型光栅透射光中只有0级衍射光传播时, 等效介质理论能够准确计算其透射率; 随着入射角度的增大, 标量衍射理论和等效介质理论的有效性都不同程度地降低.

采用傅里叶模方法, 分析了单点金刚石铣削后KDP晶体表面小尺度波纹的周期和幅值对单层增透膜折射率、厚度以及透射率的影响。研究表明: 膜层最佳折射率在1.22左右, 在此折射率条件下, 保证透射率大于99%的单层增透膜的理想厚度范围应为180~220 nm, 并且折射率和膜厚值的选取基本不受晶体表面小尺度波纹周期和幅值的影响。若只考虑SPDT法加工后KDP晶体表面小尺度波纹周期和幅值的实际范围, 透射率基本不受波纹周期的影响, 但却会随波纹幅值的增大而加速下降。理想镀膜条件下透射率最大值大于99%, 并且通常在99.67%~99.94%之间。

高精度KDP晶体是惯性约束核聚变光路系统中的重要元件,而已加工表面的小尺度波纹对光学元件的透射比有着重要影响。采用傅里叶模方法理论分析了表面小尺度波纹的幅值及周期对KDP光学元件透射比的影响。研究结果表明,当小尺度波纹幅值小于100 nm时,透射比随波纹幅值的增加基本呈线性增长,波纹幅值每提高10 nm,透射比可提高近0.5%;透射比随着小尺度波纹周期的增加围绕中心透射比上下浮动,透射比振幅基本保持不变,且中心透射比及透射比振幅均随着小尺度波纹幅值的增加而增大;小尺度波纹周期在10.5-12 μm区间内时透射比明显很低,需采取措施避免小尺度波纹的周期出现在此区间。对KDP晶体进行了加工、表面形貌检测及透射比检测的实验,实验结果与理论计算结果基本吻合。

从理论上分析了重铬酸盐明胶经过全息曝光制作而成的体积相位全息光栅产生表面起伏时光栅介质层介电常数的变化,严格分析了体积相位全息光栅有表面起伏时所形成的既有折射率调制,又有浮雕调制的复合型光栅的衍射特性,并编制程序进行了计算。为了证明程序的正确性,还用所编制的程序计算了一种已知衍射效率光栅的衍射效率,并得到了满意的结果。进而分析了表面起伏、光栅介质层厚度、折射率调制度对体积相位全息光栅衍射效率的影响,并且对它们所产生的影响进行了比较,得出了在获得较大+1级透射率的情况下,表面起伏、光栅介质层厚度、折射率调制度的误差容限,这对体积相位全息光栅的制作有一定的指导意义。

建立了描述厚层光刻胶内衍射光场形成过程的物理模型，并利用傅里叶模方法模拟计算和分析了其内部衍射光场分布。该方法考虑了其界面反射、透射及光刻胶复折射率在空间上的缓慢变化对衍射光场的影响，采用该方法模拟光刻胶内衍射光场具有数值计算结果准确、计算速度快的优点。对厚层光刻胶折射率在几种特殊分布情况下衍射光场分布的数值模拟表明，衍射光场与其复折射率的空间分布有关。由于厚层光刻胶折射率在空间上呈缓慢变化的特点，为降低其数值计算量和编程难度，可以将厚层光刻胶近似为折射率随曝光时间变化的光栅。