针对基于强光元件高精度面形在位检测需求，开展了面形测量误差敏感因素仿真分析，进行了系统结构误差和温度误差对测量结果的影响研究，分析各类误差对测量面形误差的具体影响，设计并搭建在位检测系统，开展系统温度变化、系统重复性、系统稳定性等测量实验。研究结果表明：所建立的逆向哈特曼仿真检测模型可用于平面、球面、非球面、自由曲面等各类型被测面，各类影响因素对测量结果的影响主要体现在低频误差上，对高频误差的影响相对较小，搭建的在位检测系统6 h内测量面形误差PV值最大不超过68 nm（约λ/10），RMS值最大不超过15 nm（约λ/40）。

A camera-based single-image sensor is presented, that is able to measure the distance of one or multiple object points (light emitters). The sensor consists of a camera, whose lens is upgraded with a diffractive optical element (DOE). It fulfils two tasks: adding a vortex point spread function (PSF) and replication of the vortex PSFs to a predefined pattern of K spots. Both, shape and rotation of the vortex PSF is sensitive to defocus. The sensor concept is presented and its capabilities evaluated both on axis and off-axis. The achieved standard deviation of the error ranges between 8.5 μm (on-axis) and 3.5 μm (off-axis) within a measurement range of 20 mm. However, as soon as calibration and measurement position no longer match, the accuracy is limited. An analysis of the effects responsible for this are also part of the publication.

光束整形技术能够实现激光光束能量分布的良好控制，在激光加工、医疗、激光核聚变等方面具有广泛的应用前景。光束整形方法主要分为几何光学方法和物理光学方法两大类，其中几何光学方法由于忽略了衍射效应，导致一些情形下的光束整形效果不够精细，但却能为物理光学方法提供良好的优化起点。结合几何光学方法和物理光学方法的复合设计方法能够设计出易于加工的自由曲面衍射光学元件，同时能抑制杂散光和散斑噪声。首先回顾了物理光学方法，然后综述了几何光学-物理光学复合设计方法的研究进展，最后对衍射光学元件设计方法的未来发展方向进行了一定的展望。

光学元件的健康状态是激光系统稳定运行的关键，如何在激光系统工作状态下实现光学元件的实时监测和故障诊断定位是该专业领域亟需解决的问题。针对该问题，提出了一种基于红外和可见光视频信息的光学元件故障诊断方法。首先，使用长波红外相机和可见光相机采集光学元件工作过程中的视频信息；然后，对采集的视频信息使用异常点检测算法进行处理；最后，结合光学元件温升特性对光学元件进行故障诊断及定位。试验结果表明：相同算法情况下，该方法相较于单独使用红外视频进行故障诊断的方法在故障诊断准确率、虚警率和漏警率3个指标上分别提升9.70%、3.60%和6.10%；该方法相较于单独使用可见光视频进行故障诊断的方法在故障诊断准确率、虚警率和漏警率3个指标上分别提升18.00%、16.00%和2.00%。

为克服非相干光源照明条件下基于全息光学元件的视网膜投影显示系统存在的色散、出瞳小、无法获得单眼调焦深度信息等局限，提出了一种基于双全息光学元件的3D视网膜投影显示器。用全息光学元件取代玻璃透镜，用发光二极管取代激光。用反射型体全息光栅和反射型体全息透镜构成的光学结构对系统的色散进行补偿，获得了清晰的图像，系统分辨率达到11.6 lp/mm。结合双全息光学元件结构，利用时分复用技术和角度复用技术实现了具有密集视点的3D视网膜投影显示。该结构可有效扩展系统的出瞳，解决视网膜投影显示系统出瞳小的问题。同时在0.45~2.0 m的深度范围内，实现具有单眼调焦深度信息的真3D显示，显示范围覆盖人眼的辐辏调焦响应敏感范围，可有效缓解辐辏调焦矛盾引起的眩晕和视觉疲劳问题。该系统结构紧凑、价格便宜且避免了散斑噪音和安全隐患，具有良好的应用前景。