为了克服传统轴棱锥产生太赫兹贝塞尔光束无衍射距离短的局限，设计了一种双锥面轴棱锥结构。基于几何光学理论对双锥面轴棱锥产生太赫兹贝塞尔光束的原理进行了分析，并对太赫兹贝塞尔光束的无衍射特性和双锥面轴棱锥顶点对齐误差对无衍射特性的影响进行了理论和仿真计算分析。同时，采用透射式太赫兹时域光谱系统对双锥面轴棱锥的功能进行了实验验证。仿真和实验结果表明：太赫兹波经过锥面底角为γ₂=20°、γ₁=15°的双锥面轴棱锥后能够产生110 mm无衍射距离的太赫兹贝塞尔光束，相较于传统轴棱锥，无衍射距离增加了82.63 mm；无衍射距离随着锥形底面角度的增加而增大。

针对单次傅里叶变换算法(S-FFT算法)受到采样定理的约束，衍射面画幅尺寸和有效内容像素数无法灵活控制，很容易出现衍射面画幅尺寸大小与衍射距离不匹配的情况，本文提出了一种分段衍射算法。首先，在采样数、光的波长、初始衍射面大小确定的情况下，利用拆分的衍射距离比控制最终衍射面画幅尺寸。然后，对单次衍射计算结果与分段衍射计算结果进行了图像相似度对比。实验表明，分段衍射算法可在画面强度分布不变的情况下，提高有效像素数目，数据量增加了2~3个数量级。此外，文章分析了造成误差的一个主要原因来自有效数据分辨率提高后，细节分布与低分辨率像素值之间的差别。在图像细节较丰富时，其差别较大。因此这种差别应视为优于直接计算的一种结果。本算法能够获得更加清晰的图像细节，灵活调整衍射面画幅尺寸，使得S-FFT算法在大衍射距离问题计算中能发挥其算法优势。

理论分析和实验研究了光源相干度对其产生的Bessel光最大无衍射距离的影响.以He-Ne激光器为光源, 用旋转毛玻璃法产生部分相干光, 经过扩束后再用轴棱锥法产生Bessel光束.通过移动旋转毛玻璃改变部分相干光的相干度, 测量其产生的Bessel光束的最大无衍射距离, 得到光源相干度与产生Bessel光束最大无衍射距离的关系.结果表明, 随着光源相干度的降低, Bessel光束最大无衍射距离明显变短, 当相干度g≈1下降为g=0.8时, 最大无衍射距离缩短了一半.用高斯-谢尔模型进行分析和模拟, 理论模拟结果与实验观察结果基本吻合.

无衍射贝塞尔(Bessel)光束在湍流大气中传输时受到的扰动较小，因此适合于大尺寸准直测量。为了克服传统轴棱锥产生较短无衍射距离的局限，基于传统正、负轴棱锥的光传输特性，提出了两种用于产生长距离无衍射贝塞尔光束的组合轴棱锥。利用光线追迹法和衍射理论模拟了组合轴棱锥的光传输特性。结果表明，两种组合轴棱锥的光传输特性与传统正轴棱锥等效，且能够产生高质量的长距离无衍射贝塞尔光束，而且降低了元件的加工难度。

为了提高扫描全息成像系统的分力,理论分析和实验研究了对系统起重要作用的编码孔径—菲涅耳波带板的衍射问题。对波带板的菲涅耳衍射积分方程进行了数值求解,计算时考虑了透镜的位相调制作用。为了使分析问题简化,通过对比有透镜时波带板的衍射强度分布,求解出无透镜时具有相同分布的等效距离,同时引入了菲涅耳虚衍射面的概念。为了定量描述波带板的衍射效应,定义了临界衍射距离。实验结果表明:当波带板环数为10环、半径为0.75 cm,透镜焦距为7 cm时,临界衍射距离约为16 cm。若其它条件不变,增大透镜焦距或增加波带板环数,临界衍射距离均增大。等效距离的引入简化了复杂的含透镜系统的分析,临界衍射距离的提出量化了系统参数对衍射效应的影响。研究结果对扫描全息成像系统的结构设计具有指导意义。