提出了一种精确求取莫尔条纹局部倾角的图像处理方法,可用于求解在渐进多焦点镜片屈光度测量中出现的莫尔条纹局部倾角。研究了实际采集到的条纹图片特性,分析了理论推导时假设测量条件与实际测量条件的矛盾,进一步探究表明实际测量所需的莫尔条纹角度实质上是基于条纹相位场而非强度场。在此基础上,提出了基于相位拟合求取条纹局部角度的方法,该方法首先通过移相得到莫尔条纹的相位,然后对相位进行泽尼克多项式拟合,得到相位的多项式表达,最后通过求解多项式对两个方向的偏导数,计算出相应位置的条纹角度。理论分析和仿真结果表明,该方法能够避免背景光和光源振幅分布不均的影响,对条纹噪声和条纹周期变化不敏感,角度求取精度可达到0.2°。

基于变形镜的激光束整形系统，具有控制灵活、适应性好、破坏阈值高等优点。为了提升变形镜作为相位调制元件的激光束整形系统性能，提出一种以最小二乘法拟合的驱动器控制电压为初始值的随机并行梯度下降算法优化驱动器控制电压的方法。通过驱动器正六边形排列的37 单元变形镜对不同大小的方形与圆形平顶激光束进行整形。数值仿真结果表明，在最小二乘法的基础上引入优化算法后，远场光强的目标区域均匀性及与理论光强的相似度均获得了改善，激光束整形系统性能得到提升。

为了计算补偿用计算全息图的刻线位置, 需要对光线追迹得到的离散相位数据进行拟合。为此详细推导了均匀三次B样条和非均匀三次B样条的基函数, 介绍了各自对应的曲面拟合方法。以一块抛物型离轴非球面数据为例, 对其非对称的离散相位分布进行了三次B样条曲面拟合。拟合结果表明, 三次B样条曲面拟合能使拟合面经过所有数据点, 保证拟合精度, 且得到的连续的相位补偿函数表达式结构简单(最高次数只有3次),还能根据实际情况优化采样点数量, 控制计算量。

从设计优化算法和拟合方法两方面，研究了提高二元光学元件(BOE)激光束整形性能的方法。利用盖师贝格萨克斯通(GS)算法和平滑修正法相结合的混合算法以及改进的平滑修正法，在保持顶部均匀性的前提下提高了能量转换效率，在极坐标下得到了高质量的均匀圆光束和空心环形光束输出。研究了元件半径、采样点数和初始半径与拟合精度之间的关系。在Zemax中得到了合理的BOE相位结构，输出光束满足设计要求。

针对惯性约束聚变(ICF)激光等离子体诊断系统应用的需求,提出一种采用非线性相位拟合法设计单透镜代替理想对数轴锥镜的方法。对所要得到的球面透镜与理想对数轴锥镜的相位进行拟合,求解得出所需要的球面透镜参量。设计了用于激光等离子体诊断系统的长焦深透镜,并对透镜的焦深、轴向光场均匀性、横向均匀性、焦斑旁瓣等指标进行分析。数值分析结果表明,长焦深透镜具有与理想对数轴锥镜相同的相位分布,焦深、轴向光场均匀性、横向均匀性、焦斑旁瓣均符合设计要求,验证了非线性相位拟合法的正确性。