研究了富勒烯对六官能团脂肪族聚氨酯丙烯酸酯/环氧树脂(RJ423/ EPIKOTE 828)体系光致聚合物的全息性能的影响，分析了富勒烯(C₆₀)材料以及曝光光强对光致聚合物衍射效率的影响。通过吸收光谱结合X射线衍射图谱分析，掺杂的富勒烯既没有和聚合物中的其他成分发生化学反应，也不影响材料本身的结构和结晶性能。实验结果表明，富勒烯掺杂提高了单体聚合反应的速率，并且参与活性单体分子之间的扩散。在光强20 mW/cm²、时间40～50 s、厚度200 μm时，光致聚合物的衍射效率提升到86%，感光灵敏度达到1.32 cm²/J，收缩率降低了约80%。由于C₆₀促进聚合，抑制体积收缩，从而增强全息存储的稳定性，经过全息图像存储实验对比，证明该光致聚合物掺杂富勒烯之后具有优秀的全息存储性能，同时也表明富勒烯掺杂的光致聚合物在全息储存领域具有较大的应用前景。

对于宽入射角工作的衍射光学元件，提出了高带宽积分平均衍射效率的优化设计方法。通过复合带宽积分平均衍射效率的最大化设计，得到设计波长和设计入射角度，进一步可以计算得到微结构高度。分析了衍射效率对折衍射混合光学系统调制传递函数的影响。优化设计了一套含有衍射光学元件的折衍射混合目镜系统。目镜由三片透镜组成。考虑衍射光学元件的衍射效率，最大视场处目镜系统的调制传递函数高于0.42。该方法为混合光学系统的像质评价提供了依据。

本文研究了纳米氧化铈（CeO₂）掺杂的双单体丙烯酸酯光致聚合物（TMPTA/EP828）材料的全息存储性能。通过引入纳米CeO₂以及优化配方比例来提升材料的全息性能，分析了CeO₂掺杂浓度及预聚合温度对衍射效率的影响。实验结果显示，厚度为100 μm的透射光栅样品在衍射效率（~95%）、光谱透过率（96.1%）、皱缩率（0.504%）、带宽和角度选择性等方面均表现出优秀性能。CeO₂的引入可有效提高TMPTA/EP828系统的交联网络结构和记录介质之间的兼容性，促进聚合反应，抑制体积皱缩，减小复用角度间隔，从而提升全息存储的角度复用性能和材料的稳定性。进一步经过光固化和老化实验证明，优化后的光致聚合物配方具有抗老化和耐高温性能。同时，材料制备工艺流程简便、周期短、易保存，可记录多路复用全息图像，在高密度数据存储等领域具有较广泛的应用前景。

基于扩展标量衍射理论，建立了衍射光学元件的微结构高度与周期宽度和入射角度的理论关系模型，提出了不同入射角度时，利用带宽积分平均衍射效率最大化实现设计波长和微结构高度等结构参数的优化设计方法。以工作在近红外波段的衍射光学元件为例进行分析。结果表明：周期宽度一定时，入射角度的改变会引起基于带宽积分平均衍射效率最大化所确定的结构参数发生变化。该设计方法和结论可以用于指导衍射光学元件的设计。

为解决现有点阵结构光投影装置中准直透镜会导致较强的零级衍射而造成投影点阵光强分布不均匀的问题，提出了一种基于底发射垂直腔面发射激光器的片上点阵光投影装置结构，并给出了衍射光学元件设计思路。首先对目标光场进行光强调整和坐标变换，在无准直透镜情况下利用基于瑞利-索末菲衍射积分的Gerchberg-Saxton改进算法获得片上衍射光学元件的相位分布，并最终对该点阵投影装置的投影效果进行评估。结果表明：在衍射光学元件设计过程中采用高斯光束作为光源时，该结构能更好地抑制零级衍射，获得光强分布更加均匀的投影点阵。此外，该结构不仅可省去透镜的安装，减小投影装置尺寸，还可通过流片工艺实现光源和衍射光学元件一体化集成。

与传统体材料光学透镜相比，平面衍射透镜具有加工制备容易、体积轻薄、便于集成等显著优势。同时，基于衍射效应的光学聚焦机制也为实现灵活的光场调控提供了便利。近年来，在光学超振荡理论的指引下，基于平面透镜的远场超衍射极限光场调控及其应用得到人们的广泛关注。超临界透镜在实现超衍射极限聚焦的同时能有效控制聚焦旁瓣和焦深，成为平面超衍射透镜的重要研究方向之一。本文总结了平面超临界透镜近年来的研究进展，简要概述了超临界透镜的原理和设计方法，对构建超临界透镜的几种光场调控类型及其应用进行了介绍，最后对该领域的未来发展作了展望。

研究了基于TMPTA双单体体系光致聚合物中各个组分的作用，对比了多种双单体体系的光致聚合物材料。结合单体的扩散运动，研究了不同成膜树脂、活性单体和光引发剂对光致聚合物的作用及影响，优化了材料的配比。同时在聚合物薄膜样品中成功记录信息，证明其具有良好的全息记录与高的分辨率性能。测试了不同曝光强度、不同曝光时间、不同温度下材料的衍射效率等全息参量，表明双单体体系在光强10~15 mW/cm²、时间40~80 s、温度46℃左右的曝光条件下具有较好的衍射效率。该材料体系在记录角度为30°，厚度70 μm时，衍射效率高达91.5%，透过率大于95.6%，折射率调制度至2.98×10^-3，耐高温性能好。该材料制作简便、周期较短、容易保存，作为全息记录介质能够有效记录高分辨率，高衍射效率的全息信息。由于该聚合物的高衍射效率并且稳定性高等特点，该材料更加适合用于全息图和大数据的永久存储。

目前正交级联液晶偏振光栅使用过程中的偏转角度均被认为是其角分辨率的整数倍，实际使用过程中，正交级联液晶偏振光栅的偏转角度与设计角度存在一定偏差。针对该问题，给出了正交级联液晶偏振光栅偏转角度计算模型。首先根据单片液晶偏振光栅角度偏转理论，推导出级联液晶偏振光栅偏转角度公式，然后进一步推导出二维正交级联液晶偏振光栅角度偏转模型，分析了二维正交级联液晶偏振光栅角度偏转范围与角间隔之间关系，分别计算出满足一定角度范围的角间隔，满足一定角度间隔的角度范围以及同时满足角度范围、角度间隔的设计角间隔。最后分别利用光学设计软件建立了精度为0.001°的软件模型并构建测量精度为0.1°的实物测试系统，证明了角度偏转模型的准确性。