提出了一种基于T形光栅的新型史密斯-珀塞尔自由电子激光器。并利用理论分析和粒子(Particle-in-Cell,PIC)模拟的方法研究了光栅形状对史密斯-珀塞尔自由电子激光器输出特性的影响。理论分析发现,基于T形光栅的史密斯-珀塞尔自由电子激光器的注-波互作用较强,电子束的群聚特性较强,相应地有较强的注-波转换效率,进而有较高的输出功率。PIC模拟发现,基于T形光栅的史密斯-珀塞尔自由电子激光器能够提高辐射功率。在电子束能量E=50 keV、电子束电流i=10 A、光栅周期D=0.3 mm的情况下:基于T形光栅的史密斯-珀塞尔自由电子激光器可以得到0.753949 THz、峰值输出功率约为2 kW的连续太赫兹辐射;而基于矩形光栅的史密斯-珀塞尔自由电子激光器只能得到0.723397 THz、峰值输出功率约为0.3 kW的连续太赫兹辐射。

分析了涡旋光与平面波的干涉现象，利用涡旋光共轴叠加干涉生成携带双态轨道角动量的光，并将其应用于轨道角动量拓扑荷数的检测。利用叉形错位光栅制备呈中心对称的涡旋光束，并讨论了在不同拓扑荷数情况下，利用两束涡旋光束干涉制备双态轨道角动量光束。数值模拟和实验结果表明，随着拓扑荷数的数值及正负的变化，两束涡旋光束干涉叠加后其干涉图像发生规律性的变化，据此可检测涡旋光束。涡旋光束在信息传输及编码方面具有重要意义，此研究为其在自由空间通信中的复用提供了实验依据，也为光通信系统的性能改善提供了可能。

基于由计算全息法制作的叉形光栅，研究了平面光束斜入射叉形光栅对涡旋光束特性的影响。从理论上分析平面光束斜入射叉形光栅时，两对称分布涡旋光束间距随平面光与光栅平面的夹角α变化而增大；实验进一步验证了随α角的增大，对称分布的衍射涡旋光束亮斑间距也增大。该研究结果对计算全息法产生高质量涡旋光束的实验有一定的指导意义。

提出一种利用同心圆光栅和契形光栅作为标定模板，基于正交方向消失点摄像机自标定的新方法。新方法利用相移条纹相位提取精度高的特性来求零相位特征点，避免了传统标记点提取误差给标定结果带来的影响。要求摄像机至少从6个方位拍摄标靶，采用四步相移得到光栅的截断相位并求解零相位交点，计算消失点从而解算出摄像机的内参数。根据模拟实验得到影响消失点标定精度因素的分析结果，制作了含有7个周期的同心圆光栅和4个周期的契形光栅。实际测量实验中分别用光栅靶标和灰度同心圆靶标进行相机标定，对比重投影误差，结果证明新方法提高了基于消失点标定算法的精度和稳健性。

利用惠更斯菲涅耳衍射积分以及叉形光栅的透射率函数，推导出了涡旋光束经叉形光栅衍射后的解析表达式。详细研究了涡旋光束通过携带拓扑电荷数l的叉形光栅后的光强分布和拓扑电荷数。结果表明，中心零级光斑和入射涡旋光束的拓扑电荷数m相同；随着衍射级数n的变化，衍射光斑的拓扑电荷数变为nl+m。当满足nl+m=0时，该n级光斑中心为平面波形的亮斑，在此光斑两侧随着衍射级数的改变，衍射光斑的空心半径逐渐增大。根据平面波光斑所在位置的级数n以及叉形光栅携带的拓扑电荷数l，由nl+m=0可确定入射涡旋光束的拓扑电荷数m。将计算结果与实验结果做了比较，发现两者基本吻合。

利用菲涅耳-基尔霍夫光栅衍射原理和傅里叶分析方法,对具有分形结构互补Sierpinski地毯光栅的夫琅和费衍射现象进行了探讨.导出了观察平面上的频谱函数、振幅函数以及光强函数.运用MATLAB软件对该光栅的衍射现象进行了仿真,并绘制出其幅-频特性曲线.结果表明,在各阶光栅的衍射图样中,幅度较大的部分主要集中在接收屏的中心区域,而在偏离中心的区域内,幅度值较小,在较远区域幅度值趋近于零,这说明获得的衍射图样不仅具有衍射光的基本特性,而且都呈现出明显的分形特征.

用新颖的线性三色采样叶形光栅,可以在单色胶片上一步记录彩色图像。这种记录和再现过程不仅操作方便,仪器简单、经济,而且避免了色串扰、莫尔(Moire)条纹与分辨率的损失,消除了互调制,大大提高了光能利用率。本文给出了用计算机制作叶形光栅的方法,讨论了用这种光栅编码彩色图像的原理及其在全息照相和光学信息处理等其它方面潜在的应用。