本文报道了一种基于聚合物分散液晶的电控全息变间距光栅。采用柱面波和平面波干涉得到具有变间距的干涉条纹，并将此条纹记录于聚合物分散液晶材料中。实验分析研究了该光栅的空间频率、衍射特性和电场调控特性。光栅的空间频率变化范围和趋势与理论计算公式相匹配，实验结果表明光栅衍射效率与曝光光强和时间存在一定的关系。空间频率在530 mm-1~650 mm-1内的光栅衍射效率能达到70%以上。光栅的阈值电压为2.4 V/μm，上升沿和下降沿时间分别为300 μs和750 μs。该光栅不但具备了普通变间距光栅的优点，而且还具备了聚合物分散液晶的电场调控的特性，在光纤通信，光电探测及光谱探测等领域具有一定的应用前景。

在全息波导近眼显示系统中, 微像源发出的载像光波经过准直后,被输入耦合光栅耦合入平板波导, 进一步在平板波导上下表面内进行全反射传播, 到达输出端后通过输出耦合光栅衍射出波导, 最终到达人眼。以真实的图像传输为目标, 对全息波导光栅的效率、视场角等方面进行理论分析和优化设计, 通过激光干涉曝光实验制作了光栅周期为197 nm、光栅矢量与介质表面法线方向夹角为26°、厚度为7.5 μm的全息光栅, 光栅峰值效率大于80%。结合波导光学设计, 进一步实现了图像的传输。

螺吡喃聚合物薄膜在短波辐照后的曝光灵敏度和偏振敏感性均得到显著提升.基于这一特性, 在线偏振的蓝紫光(405 nm)伴随下, 用两束耦合的绿光(532 nm)以s-p的记录模式在螺吡喃掺杂的PMMA聚合物薄膜上构建全息光栅, 并通过低功率红光(632.8 nm)进行探测.在405 nm和532 nm 双光子共同作用下, 衍射效率动力学特性强烈依赖于辅助光功率.研究发现, 405 nm激光辐照产生了两种作用：一方面为记录光提供了可取向的部花青分子;另一方面, 扰乱了532 nm激光形成的折射率光栅并降低了部花青分子的转化活性.考虑到光栅随机光场区的部花青分子聚集体的存在, 本文建立了包含衍射效率与各分子光响应速率关系的理论模型.实验数据与拟合结果精准吻合, 有效地解释了偏振全息记录中螺吡喃与部花青分子相互转化的微观机制.

通过引入介电常数与吸收常数随膜层厚度非均匀变化函数来计算非理想调制轮廓体全息光栅的衍射效率，分析其衍射特性。根据Kamiya严格的分层计算方法，推导出了非均匀混合调制轮廓等非理想情况下的二阶耦合微分方程，据此考察了吸收常数及其调制度变化时光栅各级次衍射光的衍射特性，分析了衰减系数及相位振幅光栅异相等因素对光栅角度选择性的影响，给出光栅衍射效率对几何分层的响应程度。通过与Kogelnik和Sabol的计算方法对比，进一步论证了严格算法的准确性。结果表明，光栅衍射效率峰值随吸收常数、衰减系数及相位振幅光栅之间相位差的变化而变化；吸收调制度会小幅度增加效率峰值，但因吸收常数的存在，整体效率不高；分层数对光栅角度选择性和角谱宽度影响较小，分层数与衍射效率的收敛性表明取20层较好。该工作对非理想调制轮廓的体全息光栅衍射效率计算及其特性分析具有一定的参考价值。

通过引入膨胀因子随光栅胶层厚度的变化函数来研究在非均匀膨胀和收缩情况下反射体全息光栅的衍射特性。根据Kamiya严格的分层计算方法，借用Lorentz-Lorenz公式，推导出了平均折射率和折射率调制度的解析表达式，据此考察了膨胀因子以定值、线性函数、非线性函数变化时光栅+1级衍射光的衍射特性，分析了平均折射率和折射率调制度在理想情况和衰减分布时对光栅角度和波长选择特性的影响程度。给出了胶层厚度及光栅周期与曝光和未曝光区域膨胀因子的函数关系，讨论了光栅衍射效率对膨胀因子变化的响应程度。结果表明，膨胀因子的非均匀分布令光栅衍射效率曲线出现非对称分布；相比于折射率调制度，光栅布拉格角度对平均折射率变化较为敏感；曝光与未曝光区域膨胀因子会影响衍射效率峰值、光栅角带宽和波带宽。该结论对反射体全息光栅曝光后水浴膨胀与脱水收缩等工艺具有理论指导意义。

在拍摄低频全息光栅的现有研究中，仅对干涉条纹的宽度和对比度进行深入分析，讨论杨氏双缝干涉条纹在屏上沿Y轴或X轴上的分布状况，并没有研究干涉条纹方向的斜率变化。选择马赫曾德尔干涉光路，在若干次拍摄低频全息光栅实验中找到了干涉条纹方向斜率k1与两干涉点光源连线斜率k2的变化规律，并用相干光理论和数学函数推导了两者间相互制约的内在变化关系，即k1×k2=-1。研究结果为拍摄不同条纹方向斜率的低频全息光栅提供了理论依据和实验基础，扩大了低频全息光栅在精密测量中的应用领域。

凹面全息光栅是光谱分析仪器的核心器件之一， 其成像质量直接决定了光谱分析仪器的分辨本领。 利用光程函数理论设计凹面全息光栅是一个繁琐的求解非线性方程组的过程， 该过程分两步进行， 每步需要求解四个非线性方程。 分两步求解不但过程麻烦， 还不可避免地引入了取舍误差， 降低了最优参数的精度。 为了解决该问题， 本文提出了一种设计单色仪凹面全息光栅的新方法——一步法， 该方法不但可以简化求解过程、 降低最优参数的误差， 还可以方便地控制整体像差的变化趋势。 采用有较强全局搜索能力的遗传算法求解该方法中非线性方程的极值问题， 并与传统的方法对比验证了该方法的可行性和正确性， 结果表明， 一步法不但在方法上比两步法简便， 其设计结果还优于两步法。

剖析了双层亚波长光栅微结构的设计及制作原理, 提出了一种亚波长微结构设计与制作的新方法, 其特点是以矩形亚波长光栅设计微结构, 用全息干涉光刻及涂布的方法制作, 却不影响设计微结构的共振及光变特性, 还能改善反射光的颜色质量。 用该方法设计及制作了具有“红绿”共振互补光变效果的亚波长防伪微结构, 检验了其共振光变光谱与颜色变化特征。 研究表明： 制作的全息光栅微结构的共振及光变特征如共振光谱、 颜色、 光谱峰及峰分裂等与预先设计的相同； 矩形亚波长光栅并不是共振的必要条件, 其他面形光栅微结构的衍射特性和等效波导若与矩形光栅微结构的相同, 则其相关特性相同； 用新方法设计及制作亚波长光变微结构的工艺是可行的, 既降低了设计微结构的加工难度, 又便于用现有的全息生产设备批量生产

阐述了波前相位复用技术记录和再现体全息光栅的原理；运用波耦合理论，从衍射波的一阶微分方程推导出多重体光栅对随机波前相位的选择性衍射；构造了一个复随机过程函数，并利用其相关函数得到了随机波前相位编码体光栅实现无串扰再现的充分必要条件；给出了理论上分析多重体光栅对随机波前相位选择性衍射的一种方法．