提出了一种可用于四波横向剪切干涉波前检测的随机编码混合光栅。由期望得到的四波前衍射频谱出发，根据夫琅禾费衍射原理并结合光通量约束的随机编码方法得到了由振幅编码光栅和棋盘式相位光栅构成的随机编码混合光栅，与改进的哈特曼模板(MHM)相比，其衍射场中只有四个级次，更好地实现了四波横向剪切干涉。分析确定了入射光束口径、光栅栅距以及观察距离等系统参数。分别给出了随机编码混合光栅和MHM 的远场衍射光场分布及四波横向剪切干涉图，对比发现随机编码混合光栅的远场衍射光场中只有四个等光强的光斑存在，其四波横向剪切干涉图稳定，可以实现任意畸变的波前检测。

近年来在光信息技术和计算机等技术的推动下，三维显示技术发展迅猛。全息技术由于能满足人眼各种视觉效应而备受关注。计算全息作为全息技术和计算机技术的结合体，能灵活地将存储于计算机内部的物体数据通过光学手段进行重现。然而，计算耗时、再现可视角过小成为了其发展的两大制约因素。通过证明夫琅禾费计算全息能应用于菲涅耳区域的三维显示，系统地介绍了自主开发的空域夫琅禾费计算全息方法，并以该算法为基础，进一步解决了面编码相息图中若干问题，如明暗、遮挡、纹理等。同时，利用等效弧形阵列原理，搭建了一套时空复用的4f光学系统，提高了空间带宽积，实现了宽视角全息三维成像。研究成果能直接移植到三维场景的计算和大型的数据源，为高分辨率动态全息三维显示发展提供了坚实的理论和实验基础。

直视合成孔径激光成像雷达（SAIL）中，在发射端主镜的后焦面，两个同轴反向扫描正交偏振发射光束需要具有空间抛物波前相位波前差。采用自差接收探测和相位复数化处理，在交轨向产生与目标点横向位置成正比的线性项调制，在顺轨向产生与目标点纵向位置成中心的二次项相位历程，成像原理分别采用傅里叶变换和匹配滤波聚焦成像。提出了一种新的双面反射镜旋转发射结构，实现了同轴正交偏振的双光束，在交轨向对远场目标反向扫描且速率相同，同时通过柱面镜控制顺轨向光束相位变化。基于傅里叶光学理论和数学近似，理论分析和公式推导双面反射镜的放置位置对内发射光场分布的影响。建立了物理模型，数值模拟正交偏振双光束在发射端衍射到内发射场物理过程，给出光场强度和相位分布，并且和解析分析结果作对比，给出误差分析和结论。

基于圆孔衍射原理, 通过对菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射特性的对比分析, 综合圆孔夫琅禾费衍射光强艾里斑分布特征, 提出了一种基于夫琅禾费衍射的激光束散角检测方法, 通过布设激光靶对激光远场光斑进行采集、分析、处理, 得到激光器关键性能参数束散角的实测值。测量结果表明: 采用该方法可获得较高的检测精度, 并对影响测量精度的因素进行了分析, 该方法可为激光器束散角外场检测提供科学指导。

采用对单缝衍射结果进行直接叠加和根据标量衍射理论进行严格积分的两种方法进行推导, 分析平面变间距光栅的夫琅禾费衍射场光强分布.在光栅各周期狭缝宽度δ 0 相差不大时两种方法得到的光强分布差异不大; 但当δ 0 变化较大时, 虽然零级衍射中心重合, 但是在其他级次, 如一级衍射极大的光强在峰值大小和位置上都表现出明显的差异.文中还通过变间距光栅的实例和matlab数值模拟进行分析, 根据标量衍射理论通过严格积分将能给出更为普适的结果.在此基础上, 联系平面变间距光栅夫琅禾费衍射场的光强分布, 对这类光栅的位移传感和自聚焦特性做了介绍.

激光二极管(LD)端面抽运固体激光器的热效应是影响激光输出特性和系统综合性能的重要因素，因此准确的热透镜焦距测量是谐振腔设计的重要前提。从热传导方程入手，计算了LD端面抽运晶体的温度梯度分布，求出探测光束经过晶体后的相位差分布，通过傅里叶变换得到探测光的夫琅禾费衍射图样。基于上述理论模型，提出了一种利用探测光的夫琅禾费衍射图样测量热透镜焦距的新方法，可实时在线测量。由夫琅禾费衍射图样求出光程差，进而由光程差可求出激光晶体的热透镜焦距。实验测量了激光晶体的热透镜焦距，并与非稳腔法实验数据进行对比，证明了这种方法的可行性。

基于夫琅禾费衍射理论,推导了平行光入射变栅距光栅后衍射光强的角度分布。计算了变栅距光栅参数相同,入射光斑宽度分别为5 mm和10 mm时,衍射光的分布特点和变栅距光栅参数不同,入射光斑宽度为10 mm时,衍射光的分布特点。实验验证了不同入射光斑宽度对光纤式变栅距光栅位移传感器分辨率的影响。结果表明:基于变栅距光栅的衍射特点,入射光斑直径的大小是影响传感器分辨率的一个重要因素。

把合成孔径激光成像雷达的目标衍射区分为三个区域,提出采用离焦或者附加空间相位调制板的光学接收望远镜补偿回波像差。当目标处于菲涅耳衍射区时可采用离焦或偏置望远镜补偿回波二次项离焦像差并产生用于孔径合成的二次项相位历程; 目标处于夫琅和费衍射区时可以采用离焦或偏置望远镜补偿回波二次项离焦像差但不产生相位历程; 目标处于瑞利-索末菲衍射区域时不可能补偿回波高阶像差。