如何解决大视场和高分辨率之间的矛盾成为了众多科技人员的研究重心之一。基于此，提出一种动态小凹成像系统，在传统的小凹成像系统的基础上，引入方孔液晶透镜对视场中的感兴趣区域进行扫描，实现了在除感兴趣区域外其余区域低分辨率的条件下，在特定视场内的高分辨率成像。制作了方孔液晶透镜，并且对其实际孔径的特性进行了测量与分析。搭建了基于方孔液晶透镜的成像系统，通过此系统实现了动态小凹成像，并用调制传递函数（MTF）测试卡ISO12233对感兴趣区域与其余区域的低分辨率进行了测试。

用功率平衡(PWB)方法快速评估了在平面电磁波照射下矩形开孔电大腔内的平均场值水平, 且随着频率的升高, 此结果与全波分析软件所得结果的吻合度越来越高。为了得到更完备的腔内场环境描述, 采用统计的方法生成不同入射频点下的腔内归一化电场模值概率密度函数(PDF)图, 并发现了腔壁电导率的变化对腔内归一化电场模值PDF的影响规律: 在各入射频点下, 随着腔壁电导率从10 S/m逐渐增大到107 S/m, 腔内归一化电场模值PDF曲线越来越趋于平缓并趋于稳定；腔壁电导率为106 S/m和107 S/m时的腔内归一化电场模值PDF非常相似, 以入射波频率在10 GHz时为例, 利用PWB方法的原理说明了上述现象发生的原因。

提出了一种合成孔径激光成像雷达（SAIL）的二维匹配滤波成像算法，对利用单频本振激光与线性调频信号光外差接收得到的SAIL目标回波信号同时在距离向、方位向进行相位二次项匹配滤波以实现目标成像。给出了单频本振信号外差接收情况下的单一分辨单元的二维数据收集方程，并对SAIL二维匹配滤波成像算法进行了数学描述，具体分析了矩形和圆形天线孔径下的成像分辨率，给出了此算法对模拟SAIL回波信号的成像处理结果。

提出了合成孔径激光成像雷达（SAIL）的二维傅里叶变换成像算法，即对回波信号进行顺轨向相位二次项共轭补偿后直接实施二维傅里叶变换。归纳了啁啾光源侧视SAIL，平移二次项波面直视SAIL和偏转平面波面直视SAIL的数据收集方程，采用连续变量和函数说明了算法的成像过程，并分析了矩形和圆形天线孔径下的成像分辨率，最后给出了离散傅里叶变换的表达形式。算法中交轨向和顺轨向的时间域数据均直接变换到频率域成像，给出了圆形孔径天线SAIL的随交轨向变化的顺轨向成像分辨率的解析解。

太赫兹脉冲经时空整形后常被用在太赫兹光谱和成像上。用三维时域有限差分法模拟了矩形和圆形孔径的整形效应, 模拟结果表明有限厚度矩形和圆形孔径对太赫兹脉冲能实现有效的整形和滤波。当矩形孔径长边垂直于入射波的偏振方向时, 矩形孔径有较好的整形和滤波作用, 当矩形孔径长边平行于入射波的偏振方向时, 几乎没有明显的整形和滤波作用。圆形孔径具有比矩形孔径更加显著的整形和滤波作用。这些模拟结果用平面光波导理论可以得到很好的解释。

采用口径场法对聚焦条件下具有高斯波束的矩形口径天线近场进行了分析，得到了聚焦条件下的近场场强分布与近场增益解析式，并对不同的聚焦位置进行了仿真。结果表明：在近场区，聚焦位置离轴向越近，其场强越强，且增益越大,聚焦位置沿轴向时其场强与增益皆为最大；反之，聚焦位置离轴向越远，其近场场强与近场增益越小。因此，通过聚焦可以显著提高天线口径面场的近场场强与增益指标，从而提高天线系统的有效作用距离。

为了获得在液晶修复技术中所需要的光束质量好、能量分布比较均匀的矩形光束，提出了一种新的光束整形系统。在这个系统中，通过对光阑后不同位置衍射效应的理论分析和计算，获得相应的衍射光斑图样，再利用4f像传递系统对理想的光斑图样进行提取和传递，经过扩束聚焦之后，用于加工样品，并设计了相应的实验装置来验证这种系统的可行性。研究结果表明，过光阑后不同位置的衍射面呈现出复杂的衍射图样，等效距离在56.0~58.5 mm之间能够选取到平化效果非常好的衍射面，4f成像系统对其实现了较好的像传递，整形光束顶部的能量波动量小于5%，能量提取率达到80%。

根据菲涅耳-基尔霍夫衍射积分得出矩孔菲涅耳衍射的光强分布表达式, 对该表达式作了数值计算,分析了矩孔尺寸 对衍射光强分布的重要影响。当光源的孔面投影位于矩孔中心且矩孔尺寸很小时,光强分布具有夫朗和费衍射的特征; 随着矩孔尺寸增大,在离几何照明区边界距离相等的几何阴影区域内相邻光强峰值与谷值的比值越小,几何照明区出现的 光强峰值越多。当光源的孔面投影不在矩孔中心时光强分布的对称性不复存在。最后计算分析了多矩孔菲涅耳衍射的光强分布。

为了研究矩形光阑边长与透镜像方焦面处光束光斑尺寸以及光斑内所包含功率的关系,根据高斯光束经矩形光阑和透镜变换后在透镜像方焦面的衍射场分布表达式,采用MATLAB进行数值计算的方法,进行了理论分析。结果表明,当光阑对光束的衍射影响明显时,光束衍射场的中央亮条纹的宽度随着光阑边长的增大而减小;当光阑对光束的衍射影响极小时,中央亮条纹的宽度随着光阑边长的增加而阶跃变化,中央亮条纹强度的半最大值宽度随着光阑边长的增大而减小;当光阑对光束衍射影响极小时,中央亮条纹半最大值宽度趋近于一定值。给出的中央亮条纹强度半最大值宽度与矩形光阑边长关系的拟合表达式,可为激光应用装置的设计提供理论支持。

基于合成孔径激光成像雷达(SAIL)二维数据收集方程和成像算法, 研究了圆形孔径和矩形孔径光学望远镜天线的方位向成像分辨率, 导出了点扩展函数的解析表达式, 分析了理想成像点尺寸及其光学足迹中心偏离、相位二次项匹配滤波失匹、空间采样宽度、采样周期等的影响; 也研究了距离向成像分辨率并分析了非线性啁啾补偿等的影响。对于各种影响因素都给出了数学判据, 特别是发现了矩形孔径的光学望远镜可以产生适合于SAIL扫描方式的矩形光学足趾并消除方位向分辨率不均匀降低, 可以设计最佳的矩形孔径的尺度分别控制光学足趾在方位向及其垂直方向上的尺度, 得到大扫描宽度和高方位向分辨率; 也发现了目标外差延时必须尽量小以克服非线性啁啾和初始光频不稳定性相位误差。