设计了一种周期型正交二元相位板，其具有周期型矩形调制单元，各单元的相位调制量为0或π。该相位板的空间频谱具有中心直流分量为0的特点，分别对该频谱中心区域的4个一级频谱点和8个二级频谱点进行相位调制，可得到正方阵列光斑和正方阵列涡旋。阵列涡旋中各涡旋光束的拓扑荷数l=±1，在空间交错分布。由于两个正方阵列光场在垂直传播方向的横向周期恰好重合，且两个光场沿光轴方向的波数不同，因此叠加之后可以形成强度分布随传输距离旋转的正方阵列螺旋，阵列中存在两种具有相反螺旋方向的螺旋光束，同样在空间呈交错分布。此外，讨论了产生最佳螺旋光束的相位板设计条件，并给出理想情况下系统的能量利用率，所得实验结果验证了该方法的可行性。

提出了一种基于非正交二元相位板的阵列光镊系统,此系统可以实现对非正交排列的多个粒子的稳定捕获。通过对高数值孔径物镜在紧聚焦条件下的傅里叶变换理论和遗传算法来设计二元相位,优化得到具有不同分束比的,具有高衍射效率、高均匀度的归一化相位转折点,进而根据相位转折点设计出具有不同倾斜角度的非正交二元相位板。利用此二元相位板可以获得高数值孔径物镜聚焦下的各种非正交分布的阵列光斑。利用此类非正交阵列光斑,在光镊实验中实现了对二氧化硅微球的稳定捕获。理论模拟与实验结果表明,此方法可以实现对非正交排列的大量粒子的稳定捕获,在纳米粒子阵列的外延生长领域有着良好的应用前景。

提出了采用单束平面光波照射圆孔与二元相位板组合系统产生蓝失谐空心光阱的新方案,分析了空心光阱的光强分布和相应的光学囚禁势分布与相位板相位值φ的关系,并导出了光阱的几何参量与光学系统参量间的解析关系。研究发现,通过二元相位板的相位调制作用可改善空心光阱的光强分布,产生具有更大囚禁体积和更高有效光强的空心光阱。当用功率100 W波长540 nm的倍频掺镱光纤激光照射圆孔与π相位板组合系统时,对87Rb原子的光学囚禁势可达80.2 μK,该方案不仅装置简单可行,操作方便,而且在冷原子分子物理、原子分子囚禁和生命科学领域,有着广阔的应用前景。