全息模式波前传感器(HWFS)是一种模式型的波前传感器,它利用多模复合的全息元件和位敏探测器来获得入射光中特定模式Zernike像差的强度。然而,多模复合全息元件中的光衍射过程通常会伴随着高阶衍射产生的干扰光。这些干扰光会分散激光能量,降低探测信噪比。提出一种通过引入强度调制的方法来消除由二元相位型全息元件衍射产生的干扰光。该方法不仅可以应用于全息模式波前传感器中干扰光的消除,也适用于其他基于二元相位型全息元件的应用,如全息成像、像移干涉仪、光束偏转器等。

针对大口径非球面透镜透射波前检测,提出了采用计算全息元件(CGH)作为光路相位补偿元件进行检测的方法。大口径非球面透镜透射波前通常采用球面干涉仪进行检测,为了达到零位检测的目的,在光路中往往需要加入相位补偿元件以补偿高阶像差(HOA)。传统的折射式相位补偿元件的精度溯源比较困难,导致检测数据缺乏可信度。将CGH作为相位补偿元件可达到零位检测的目的。针对大口径非球面透镜的透射波前检测,设计并加工了相应的CGH作为相位补偿元件,并与传统的折射式补偿元件进行了对比测试。测试结果表明:两种相位补偿方法的测试数据具有良好的一致性,峰谷(PV)值的差值为0.034λ(λ为检测光的波长),均方根(RMS)值的差值为0.006λ,因此CGH作为相位补偿元件具有相当高的测试精度。

全息模式波前传感器是利用复合全息元件对待测波前中像差模式进行直接测量的一种新型波前传感器，其中的复合全息元件可编码设计多阶Zernike像差模式。提出一种有效方案以编码设计振幅型复合计算全息元件，该方案通过将多个编码有某阶Zernike像差模式的透过率调制扭曲光栅叠加产生振幅型计算全息元件。在小像差近似条件下推导了传感器输出信号与Zernike像差模式系数的解析关系。编码设计了振幅型复合全息图，并研究了其对单阶和多阶Zernike像差模式的探测性能。利用液晶光阀加载复合全息图进行了验证实验。所得实验结果与数值模拟结果基本一致。

提出利用复用计算全息元件实现多阶模式同步的偏置模式波前传感器。对基于复用计算全息元件的多阶模式偏置波前传感器进行了理论分析。为了实现复用计算全息元件，分别编码设计了包含4阶，10阶和20阶Zernike像差模式的复用计算全息图，讨论了复用计算全息图设计中几个关键问题。数值模拟研究了复用计算全息图对单阶和多阶像差模式的探测性能。结果表明，在一定探测范围内，传感器能够响应与全息图内预先记录像差模式相同的待测像差模式，且每一个模式的灵敏度都不同。全息图内记录模式数较少时，单阶模式探测的灵敏度较大；记录模式数越多，模式之间擦除效应越严重，单阶和多阶模式灵敏度都受到一定影响。

完善了一种基于二元全息元件(BHOE)的模式波前传感器技术,对这种模式波前传感技术原理进行了详细的理论分析,介绍了二元全息元件的基本设计原理。研究了单个Zernike模式像差对待测光束光强的影响。利用计算机编码设计了二元全息元件,并进行了数值模拟,验证了该波前传感技术的可行性。这种波前传感器利用了全息元件的光学并行处理能力,波前传感速度能大大提高,极大地减轻波前重构的计算量。与传统类型的波前传感器相比,这种快速波前传感技术适用于对波前探测带宽要求高的环境中,如空基环境中的大气传输、高刷新速率或强闪烁环境中等。

采用最小二乘法对特殊波面函数进行数据拟合,并得到通用性公式。为制作产生特殊波面的计算全息元件打下了数学基础。

提出用全息元件实现变形分数傅里叶变换。用全息方法制作在两个方向上具有不同焦距的变形柱透镜，且两方向上的焦距可随全息元件记录条件不同而改变。用此元件实现了在不同方向上具有不同阶的变形分数傅里叶变换，讨论了用全息元件实现这种变换的条件。并提出用此元件构成一种新的光学安全认证系统，给出了实验结果。

本文利用全息方法实现了光学全混洗(Perfect Shuffle)。

本文介绍了由不同焦距与不同衍射方向的全息透镜组合而成的一种新型全息元件。这种元件中的每个透镜具有相同的物方光轴和不同的象方光轴。它可以把物方空间沿光轴方向上的不同物距上的物面分别成像在对应的通道上,从而把一个三维物场变为多个二维像进行显示。文中给出了应用此元件对三线粒子场进行检测的初步结果。

此文深入讨论用解相干方程式的方法,直接连续获得用于计算机产生全息光学元件的计算参数。