基于局域表面等离激元或电介质微纳结构米氏散射的超构光栅对衍射通道的直接调制为高效率、大角度光场调控提供了优良平台。对超构光栅调控衍射光场的物理机理及应用开发进行了概述。首先,从高衍射效率超构光栅的构建机理出发,分别介绍了反射式、透射式、对称型、非对称型及可重构超构光栅的典型实现方式;其次,介绍了通过结合高衍射效率超构光栅与位移编码型相位调制机制,实现任意大角度光波前高效调控的典型方法,概述了高数值孔径透镜、角度可调型多功能光器件、大角度全息超构光栅等方面的研究进展;然后,介绍了以超构光栅作为连接自由空间光与表面波的桥梁,自由空间光波前与表面光波前相互转化方面的集成光调控平台;最后给出了简要小结,并对超构光栅未来的发展趋势与应用前景进行了展望。

在研究光楔衍射法产生单涡旋的基础上, 基于长条形光楔阵列, 提出了利用光束阵列衍射产生涡旋阵列的方法.该方法要求光束阵列在平行于光楔边缘方向上的光束间距等于光束直径的整数倍.利用超精密机床采用一体化加工法加工了光楔阵列元件, 验证了该方法的可行性.利用空间光调制器快速灵活调整光束阵列的优点, 搭建了借助空间光调制器加载达曼光栅衍射产生所需光束阵列的实验光学系统.针对光束阵列与光楔阵列的匹配问题, 研究了达曼光栅掩模图基本单元对光束阵列的调控, 获得了可调结构的光束阵列.实验产生了拓扑荷一致的光学涡旋阵列, 与仿真结果相一致, 证明所提方法的有效性.

根据光阑衍射理论，以光阑衍射损耗灵敏度为参量，研究和分析了激光陀螺环形谐振腔的抗失调能力。基于激光陀螺的限模条件，为获得谐振腔的最佳光阑衍射损耗灵敏度，计算得到了激光陀螺抑制比下限。通过数值计算，研究了谐振腔增益和反射镜总损耗对其抑制比下限的影响，并得到了实验验证。研究结果表明：腔内增益越大，陀螺抑制比下限值越大；反射镜总损耗越大，陀螺抑制比下限值越小。这对激光陀螺环形谐振腔装调过程中抑制比的优化控制具有重要指导意义。

推导出了平顶涡旋光束通过有光阑ABCD光学系统的传输解析式，并以光阑透镜和矩形光阑系统为例，与平顶光束比较研究了截断参量、相对离轴距离和光束阶数对衍射场中位相奇点演化特性的影响.数值计算表明，平顶涡旋光束通过上述光学系统均存在位相奇点，即使源处涡旋被光阑阻拦时，衍射场中也会出现位相奇点；而平顶光束通过光阑透镜系统存在刃型位错，随着截断参量增大，会发生刃型位错的演化和湮灭现象，且平顶光束通过矩形光阑系统没有发现位相奇点.

基于空间频率域交叉谱密度函数的传输公式,推导了有球差多色部分空间相干 光被光阑衍射后轴上点 光谱的解析表达式,而完全空间相干光的结果可作为本公式的特例。着重分析了球差对一阶光谱开关的影响, 结果表明,球差会引起光谱移动的不同和光谱开关临界位置的变化。

将磁光效应作为微扰, 采用耦合模理论分析了磁光薄膜波导中微波静磁波对线性啁啾光脉冲的磁光Bragg衍射作用, 得到了传统磁化时磁光共线和非共线作用下的衍射光脉冲复振幅的解析表达式。在静磁波频率和波数相同的前提下, 通过对实际波导结构的计算表明, 基于静磁表面波的磁光共线作用比基于静磁正向体波的非共线作用更易于实现光脉冲压缩; 衍射光脉冲的半极大全宽度(FWHM)对失配斜率的依赖较为敏感。因此, 选用磁光共线作用和优化相位失配因子的频率变化率有助于改善磁光Bragg脉冲压缩器的性能。

推导出了高阶贝塞耳光束通过有光阑近轴ABCD光学系统传输的解析公式，用以研究了高阶贝塞耳光束被光阑衍射位相奇点的演化特性.结果表明:高阶贝塞耳光束经光阑系统衍射后，中心光涡旋始终存在，拓扑电荷守恒，但涡旋核大小会随光阑半径、传输距离和光束阶数而变化;随光阑半径和传输距离变化，圆刃型位错会消失或产生.

推导出被光阑衍射高阶贝塞尔-高斯脉冲光束的场和光强分布的解析公式,对其相位奇点的演化特性做了计算和分析。结果表明,高阶贝塞尔-高斯脉冲光束经光阑衍射后,中心光涡旋始终存在,拓扑电荷守恒。随脉冲频率和脉冲宽度增加,等相位线均沿逆时针方向旋转,涡旋核随脉冲频率增加而减小,而脉冲宽度对涡旋核大小几乎无影响。等相位线随截断参数和传输距离的增加分别沿逆时针和顺时针方向旋转,涡旋核大小随截断参数增加而变化,随传输距离和光束阶数的增加而增大。

研究了磁光薄膜波导中线性啁啾高斯光脉冲与单频连续静磁波共线作用, 给出了水平磁化时基于静磁表面波的磁光耦合方程。分别采用解析法和数值法计算了1310 nm和1550 nm两种光波长入射时衍射光的压缩特性, 两种求解方法得到的结果一致。计算表明, 衍射光脉冲的半峰全宽(FWHM)随相位失配因子的频率变化率和啁啾系数的增大而减小; 在给定的计算参数下, 与1310 nm波长对应的衍射光脉冲具有较大的峰值强度,但1550 nm波长输入时可以获得更窄的衍射光脉冲, 因而1550 nm光脉冲更适于作为磁光脉冲压缩的脉冲源。文章还分析了磁损耗对衍射光脉冲的光强和输出脉宽的影响, 对于普通的磁光薄膜, 损耗基本上不影响光脉冲压缩效果。

为了模拟受光阑限制光束衍射场的分布，利用泰勒展开得到了一系列的高阶修正场。随着传输距离z的减少，只需增大到合适的阶数M即可模拟衍射场分布。对于不同的传输距离z，可根据不等式来选择合适的阶数M。以超高斯光束为例，用数值计算例说明理论公式的应用。所得结果对于研究通过光阑衍射光束的传输是有用的。