利用原子层沉积技术在具有二维结构的石英玻璃上制备出二氧化钛（TiO₂）薄膜，并在不同的温度下进行退火处理。对样品的晶体结构、表面形貌、表面粗糙度以及光谱特性进行研究，结果表明：当热处理温度为200~400 ℃时，所制备的二氧化钛薄膜具有较好的锐钛矿结构，无其他杂相存在。随着热处理温度的增加，薄膜晶粒尺寸逐渐增大，薄膜折射率变大，但表面粗糙度均小于0.4 nm。研究了由单层二维结构光栅和光波导层（二氧化钛薄膜）组成的导模共振滤波器，采用严格耦合波理论分析了该装置在不同条件下的光谱特性。结果表明，通过改变光波导层二氧化钛薄膜的折射率，可以控制该装置共振波长的位置，并保持窄线宽特性。该装置的波长控制范围为946.9~967.9 nm，半峰全宽小于0.8 nm。

利用严格耦合波理论分析了用于520 nm波长飞秒激光制备光纤光栅的相位掩模的衍射特性, 当相位掩模是矩形槽形时, 占宽比在0.32~0.43之间, 槽形深度在0.57~0.67 μm之间时, 能够保证零级衍射效率抑制在2%以内, 同时±1级的衍射效率大于35%。在此基础上, 利用全息光刻-离子束刻蚀技术, 制作了用于520 nm波长飞秒激光的周期为1 067 nm、有效面积大于40 mm×30 mm的相位掩模。实际制作的相位掩模是梯形槽形, 槽深是0.665 μm, 分析了梯形槽形中梯形角对衍射效率的影响。实验测量表明, 该相位掩模的零级衍射效率小于2%, ±1级衍射效率大于40%,满足飞秒激光制作光纤光栅的需要。

随着MEMS惯性传感器件对微位移检测精度的要求越来越高, 微位移检测技术已经成为MEMS惯性传感领域的研究热点。亚波长光栅以其超高的位移检测灵敏度成为一个极具发展前景的高精度位移传感平台。利用Rsoft软件模拟分析了双层亚波长光栅共面、离面相对运动时系统零级衍射光透射率与光栅位移量之间的关系及系统关键结构参数对位移检测灵敏度的影响, 并对这两种亚波长光栅微位移传感系统进行了结构优化与性能仿真及对比, 理论验证了亚波长光栅位移检测的高灵敏度优势。

新型波导型准直投影系统利用衍射光栅，仅使用一块波导板即可完成光束的耦合、扩展和成像，更利于系统集成和小型化，具有很高的研究价值。基于严格耦合波理论建立了新型波导型准直投影系统中衍射光栅的Matlab模型，并根据系统对衍射光栅的性能需求，对耦合光栅、扩展光栅和出射光栅的模型进行分析，设计衍射光栅的结构及相关参数。结果表明，采用新型闪耀光栅作为耦合光栅，扩展光栅设计为普通二元光栅和新型二元光栅相结合，采用闪耀光栅作为出射光栅，所得的新型波导型准直投影系统成像均匀，视场为24.8°×30°，系统占用空间小、质量轻，可用于集成和小型化的显示器。

消色差相位延迟器可以在较宽光谱范围内获得所需要的相位延迟量，是偏振光调制的核心元件之一。根据严格耦合波理论和遗传算法，提出了一种基于夹层式亚波长金属介质膜光栅的宽光谱消色差相位延迟器的设计方法，并设计了一种在900~1200 nm波长范围内实现消色差的相位延迟器，其相位延迟量在90°左右的最大偏差小于 2.3%，且横电波和横磁波的衍射效率均高于90%。数值分析表明，所设计的消色差相位延迟器对槽深和入射角具有较大的工艺容差。该消色差相位延迟器设计简单，性能稳定，具有重要的应用价值。

针对强激光系统中常用的1 053 nm激光器进行了偏振光栅结构的优化设计。利用严格耦合波理论分析了光栅偏振器的衍射特性及消光比, 分析显示偏振光栅周期为600 nm, 占宽比为0.535~0.55, 槽形深度为1 395 nm~1 420 nm时, 可保证其在1 053 nm波长下, 透射率高于95%, 消光比大于1 500。基于分析结果, 利用全息光刻技术制作了高质量光刻胶光栅掩模, 并采用倾斜转动的离子束刻蚀结合反应离子束刻蚀的方法对该光刻胶光栅掩模进行图形转移, 制作了底部占宽比为0.54, 槽形深度为1 400 nm的光栅偏振器。实验测量显示其透射率为92.9%, 消光比达到160。与其他制作光栅偏振器方法相比, 采用单光刻胶光栅掩模结合倾斜转动的离子束刻蚀工艺, 不但简化了制作工艺, 而且具有激光损伤阈值高、成本低的优点。由于该技术可制作大面积光栅, 特别利于在强激光系统中应用。

为降低太阳能电池片表面的反射率，提出了一种基于SiO2/TiO2膜层的减反射光栅，该光栅由基底、浮雕结构和表面薄膜覆盖层组成。以加权平均反射率为评价函数，采用严格耦合波理论和遗传算法对光栅的槽深、周期、占空比、入射角和包覆层厚度等参数进行优化。所设计的太阳能电池用减反射光栅在入射波长为300~1100 nm，入射角度在±40°范围变化时加权平均反射率低于2.16%，最小加权平均反射率低于1.04%。数值分析表明设计的光栅具有优良的工艺容差。

为了获得更精确的光栅衍射效率, 采用严格耦合波理论建立体布喇格光栅衍射机理模型, 分析了运用严格耦合波理论实现体光栅的衍射效率计算, 并利用正交Legendre多项式展开法求解耦合波方程,取得了体布喇格光栅衍射效率稳定的数值解, 得到的仿真结果符合理论计算。结果表明，相对于矩阵法，该算法具有更好的收敛速率，且比Kogelnik耦合波理论解法更精确。