传统基于正弦光栅相位测量轮廓术中, 相位因反正切运算而被截断在(-π, π］之间, 需要利用菱形等相对相位展开算法进行展开, 容易产生相位误差累计, 甚至无法展开相位; 或者利用投影辅助格雷码等额外结构光场来确定条纹级次, 避免相位误差累计, 实现相位的展开。提出了一种基于二元光栅特征提取的相位展开方法。通过投影一组相移二元光栅来实现三维测量, 既避免了投影仪伽玛非线性对三维测量的影响, 又将投影系统的刷新频率提高一个数量级, 同时利用二元光栅本身的图像特性, 在不增加辅助结构光场投影的前提下, 自定条纹级次, 从而将自定的条纹级次相位与截断相位相加, 实现展开相位, 有效避免了相位误差的累计。实验验证了所提方法的可行性和有效性, 解相结果与未发生累计误差的菱形算法解相结果具有很好的吻合效果。

提出了一种基于组合光栅的任意形状光束整形方法。在需要整形的几何形状的内外分别设计不同的光栅并形成相位全息图，将相位全息图加载到相应的光路上就可整形出想要的形状。其中：外部闪耀光栅将入射高斯光束分成0级和非0衍射级，利用光阑阻挡非0级光束，获得所需形状的0级光束；内部光栅分别采用了渐变二元光栅和渐变正交光栅，它们能够改善几何掩模内部区域的能量分布，获得均匀性较好的平顶光束。实验结果表明，该方法可以获得任意形状、边缘陡峭、均匀性高的平顶光束，能量利用率可达43.71%，最小不均匀性为2.12%。该方法在激光加工领域具有良好的应用前景。

在介绍SLM进行光束整形原理的基础上, 分析了二元光栅、闪耀光栅和正弦光栅三种光栅的结构特性, 并根据影响整形光束质量的性能指标, 以方向光斑为例, 设计了不同周期的相位掩模图。成像和加工试验表明, SLM上加载三种光栅形成的掩模图, 均可以将高斯分布的圆形光斑整形为平顶的方形光斑, 但闪耀光栅的整形效果明显优于另外两种光栅。在闪耀光栅周期为120 μm时, 局部能量利用率达到91.86%, 均方根误差为0.039, 整形后光束具有较好的均匀性。

提出了一种基于单帧四灰阶条纹投影实时测量物体三维面形的新方法。该方法将四灰阶中非零三阶的不同灰度依次等宽循环排列以编码成一帧三灰阶条纹,将该三灰阶条纹投影到待测物体上,利用图像采集相机采集相应的四灰阶变形条纹,其中第四灰阶对应变形条纹图中的阴影区域。采用图像分割方法分别提取该四灰阶变形条纹中的三阶非零条纹,并通过二值化方法解调出三帧占空比为1/3且条纹相对错位1/3周期的二值化变形条纹。对上述二值化变形条纹进行基频提取后,通过傅里叶逆变换处理,可获得三帧相移量为2π/3的正弦条纹,最后利用相位测量轮廓术对物体三维面形进行恢复。实验验证了所提方法的可行性,所提方法刷新率快,且对投影仪伽马效应不敏感,在实时三维测量中具有广阔的应用前景。

提出了一种基于不等占空比二元光栅的相位测量轮廓术(PMP)。所用的光栅只有0和255两个灰度,消除了投影仪的伽玛非线性对正弦光栅灰度的影响,同时可将投影系统的刷新频率提高一个数量级。所提方法的测量精度高于罗奇光栅离焦投影傅里叶变换轮廓术的,重复精度高于传统正弦光栅PMP。

投影仪离焦技术克服了光栅投影三维测量中的投影仪非线性问题，但二值光栅存在的高次谐波会降低生成光栅的正弦性，从而引入相位误差。提出一种二值光栅图像生成方法，基于正弦光栅图像所具有的对称性和周期性，选取了尺寸较小的二值块。然后对所选块进行随机初始化，再采用多像素跳变方法对二值块进行优化，根据优化所得的二值块生成整幅二值光栅图像。最后结合相移算法，在投影仪离焦测量环境下，计算得到三维测量所需的相位信息。相较于传统二值光栅图像生成方法，所提方法能够保证高质量相位信息获取，且适用于不同程度的离焦测量环境。仿真及实验验证了所提方法更加适用于离焦投影三维测量。

纯相位型液晶空间光调制器是应用较广的高精度光学仪器。使用Holoeye 产家推荐的双孔干涉测量法可使16 阶闪耀光栅的1 级光衍射效率达到80%。但需要滤波、准直、扩束等细致工作，耗时较长。运用二进制相位光栅衍射法可以简化修正过程。实验中每隔10 个灰度值测一个点，利用Matlab 做线性内插扩展到255 灰度。使16 阶闪耀光栅和二进制光栅的1 级光衍射效率最终达到产家目录给出的83%和40%。修正结果证明5-5 序列配置的HoloeyePluto 的液晶光阀在平均调制相位稳定的基础上，衍射法校正相位调制特性不受闪烁影响，且简单可行。

在连续弹性体理论的基础上, 采用差分迭代数值分析方法仿真模拟了液晶闪耀光栅中的液晶分子指向矢二维分布情况。利用液晶的电控双折射特性, 对液晶光栅电极施加经过插值计算以及修正后的周期电压, 使之形成光程差阶梯形分布, 具有二元光栅结构的液晶闪耀光栅。得到了液晶光栅的光程差以及相位延迟曲线。通过实验, 采用四分之一波片法作出了相位延迟随电压的变化关系曲线, 验证了仿真结论, 给出了周期电场分布的液晶闪耀光栅在正交偏光下的显微照片。

提出了采用二元光栅结构提高太阳能薄膜衍射效率的技术方法。利用对透射率函数的傅里叶变换计算出垂直入射时二元光栅的衍射光场分布。研究了不同阶次二元光栅在可见和近红外波段的衍射零级光强和总衍射效率随波长变化的规律。以硅基太阳能薄膜为例, 分别计算了普通相位光栅和二阶、三阶二元光栅随波长零级光强的变化规律和衍射效率。结果表明, 与普通相位光栅结构相比, 二元光栅结构能够在较宽波段提高光衍射效率。

提出了一种利用二元相位光栅产生环形光源的新方法，并且可以实现环形光源的环半径和环厚度连续或固定可调。阐述了环形光源抑制相干噪声的原理，推导了环形光源半径及干涉腔长度与条纹对比度之间的关系。实验表明：环形光源能保持干涉条纹对比度,同时有效抑制相干噪声，环形光源模式系统的本征噪声峰谷值小于点光源模式，且没有明显“牛顿环”噪声，测量重复性和测量精度都高于点光源模式,从而提高了测量精度。