形状传感技术是近年来传感领域备受关注的新研究方向，具有广阔的应用前景。文章提出了一种基于应变模态振型和误差补偿的形状重构方法，通过测量物体部分位置点的应变数据，采用模态理论实现应变-位移转换，进而重构物体形状。以长宽高分别为1 000，1 000和0.5 mm的钛合金板作为研究对象，通过ANSYS workbench18有限元仿真软件获取位移模态振型及应变模态振型，依据有限元仿真中位置点模态的相似性，采用K-means++聚类算法对应变测量点位置进行优化，在合金板上表面施加400 N的力使其产生形变。该算法的形状重构误差小于常规的均匀分布算法。采用径向基函数神经网络对误差和重构位移数据集进行了训练，依据拟合重构误差和重构位移的关系，补偿误差后重构误差不大于3.5%。

入射光在光栅内传输时将激发产生离散模.本文采用模态法调节光栅内离散模的传输特性，使TE和TM偏振光所激发的0、1模为传输模，其余高阶模为消逝模.通过调控0模和1模间的累积相位差，对衍射光进行调控，实现了－1级近100%的高效衍射.采用模态法分三部设计了共振域的矩形全偏振闪耀光栅：1）根据光栅的共振条件给出光栅周期，光栅周期越大槽深越小；2）根据特征模方程计算出光栅占空比；3）根据耦合模条件计算机光栅槽深.实验结果表明，该光栅的TE和TM偏振光同时具备近100%的－1级衍射效率.给出了633 nm波长－1级矩形石英全偏振闪耀光栅的典型设计实例，计算结果表明：所设计的全偏振闪耀光栅对TE和TM偏振入射光的－1级衍射效率分别高达96.7%和98.1%，且具有较宽的入射角及入射波长的变化适应范围，较大的制作容差.

基于非共线相位匹配的波面倾斜技术是目前采用飞秒激光产生超快太赫兹波最有效的手段，使用接触式光栅直接产生抽运飞秒脉冲的波面倾斜能够克服成像系统引入的畸变从而进一步提高该技术的效率。提出并利用简化的模态法设计了制备于铌酸锂晶体中用于波面倾斜技术产生高能量太赫兹波的内嵌式接触光栅。将Littrow角入射条件下的光栅衍射理论简化为光栅内双模式的干涉过程，极大地简化了光栅的参数设计。确定了满足波面倾斜条件的光栅常数，系统研究了衍射效率与光栅占空比和刻槽深度的关系，通过内嵌式光栅结构降低反射损耗,理论上能达到90%以上的-1级衍射效率，给出了合适的光栅加工参数。该系统设计方法对基于其他太赫兹波产生晶体的接触光栅设计具有参考意义。

采用模态法研究了共振域光栅分束器及闪耀光栅等光学器件的设计原理及逆向设计方法, 给出了-1级非偏振闪耀光栅的典型设计示例。研究表明, 自准直角入射时, 光束在光栅内传输将激发产生离散模, 通过调节离散模透过光栅传输时的累积相位差, 可对衍射光进行调控, 实现偏振(非偏振)分束、偏振(非偏振)闪耀等功能。采用严格耦合波法对基于模态法逆向设计的-1级非偏振石英闪耀光栅的几何参数进行验证, 计算结果显示两者非常吻合, 证明了该方法的正确性。

采用模态法分析了矩形亚波长石英闪耀光栅的设计原理，给出了1.06 μm工作波长的矩形亚波长石英闪耀光栅的设计示例。研究表明，要设计性能优良的-1级透射闪耀光栅，应使0/1阶传输模的累积相位差为π的奇数倍。设计的透射闪耀光栅能够使TM偏振光和TE偏振光获得近100%的-1级衍射效率，且具有较大的加工容差，较宽的入射波长和入射角变化适应范围。