针对具有圆对称结构特征的光束，提出了一种基于高阶准离散汉克尔变换的光束整形算法。与传统Gerchberg-Saxton算法相比，相同条件下，该算法能够在较少的迭代次数内实现快速收敛，并大幅节省计算时间（约100倍），利用该算法设计的衍射光学元件呈圆对称分布，结构简单、更易于加工；此外，设计实验对目标光束整形，验证了该算法的可行性，实验结果光强分布较好，为衍射光学元件的设计和加工提供了重要的指导意义。

针对几何映射理论不考虑衍射效应,无法得到精确的输出光束,且输出光束存在严重振铃效应的问题,提出一种设计衍射光学元件的新算法。设置一个用于反映衍射效应的参量,通过迭代的方法确定该参量的最佳取值,再用改进的Gerchberg-Saxton(GS)算法对初始相位进行修正,最终得到所需衍射光学元件的相位分布。该算法与传统GS算法相比,能有效抑制散斑和振铃效应,得到均匀性更好的输出光束。

为了解决目前光学分束器件衍射效率低的问题,在传统的Gerchberg-Saxton(GS)算法基础上, 对初始相位和迭代算法中的振幅限制方式作改进.先利用二次相位来作为迭代算法的初始相位, 再在迭代过程中将输出平面分为信号区和噪音区两部分, 保持这两部分的相位不变, 信号区内振幅乘上一个随迭代次数不断变化的因子, 噪音区内振幅保持不变. 通过该方法设计9×9连续面形的分束器件, 并与传统GS算法设计的分束器进行了对比, 结果表明: GS算法设计得到的分束器相位存在严重的突变和不连续等问题, 而本文方法设计得到的分束器相位连续平滑, 可利用移动掩模技术加工. 最终制备出1×3和1×9分束器, 其实测的衍射效率分别为83.5%和89.4%, 均匀性误差分别为3.56%和15.23%.

提出一种改进的Gerchberg-Saxton(G-S)算法,实现了基于环形光束的衍射光学元件的精确设计。所提算法可以确保输出平面上有小的采样间隔,起到了抑制散斑的作用;与未采用散斑抑制的常规的改进G-S算法相比,所提算法得到了更高性能的均匀光斑;仿真结果和实验结果一致。

超表面材料在与光场相互作用时表现出独特的光学特性和许多有趣的物理现象，基于此材料制作的光电子功能器件对光场的调控能力有望被提升至新高。文章以光纤通信系统中的光功率分配应用为实例，提出了一种基于硅基超表面材料的新型光功率分配方案。首先，通过优化设计硅基超表面的单元结构，使其在1 458~1 593 nm波长范围内的相位偏振转化效率超过90%，而无偏振转化的效率则控制在1.2%以下; 其次，研究了相邻硅纳米砖之间的光场耦合效应，将其对相位精度的影响降至最低; 最后，利用优化设计的硅纳米砖结构，实现了4种不同的光功率分配方式，并通过仿真加以验证。设计和仿真结果表明，基于硅基超表面材料的光功率分配技术具有结构紧凑、效率高、偏振不敏感、宽带响应、设计灵活、制造上与半导体制造工艺兼容等突出优点，有望成为未来超密、任意、智能功率分配的首选技术途径。

为了消除多级像和零级光的干扰,提出了一种单透镜结构的系统,获得了单一无扰的再现像。 使用Gerchberg-Saxton(GS)算法获得菲涅尔全息图,预先叠加倾斜平面波相位至菲涅尔全息图上,使再 现像移至中央位置。用成像透镜将空间光调制器(SLM)后方的虚像成像至前方,同时在成像透镜后方放置 空间滤波器,滤去多级像和零级光。调整透镜与SLM的位置可方便调整再现像的大小和位置, 缩短了光学系统的长度。利用虚像的方法为基于液晶SLM的计算全息显示提供了新的思路。