提出了一种基于组合光栅的任意形状光束整形方法。在需要整形的几何形状的内外分别设计不同的光栅并形成相位全息图，将相位全息图加载到相应的光路上就可整形出想要的形状。其中：外部闪耀光栅将入射高斯光束分成0级和非0衍射级，利用光阑阻挡非0级光束，获得所需形状的0级光束；内部光栅分别采用了渐变二元光栅和渐变正交光栅，它们能够改善几何掩模内部区域的能量分布，获得均匀性较好的平顶光束。实验结果表明，该方法可以获得任意形状、边缘陡峭、均匀性高的平顶光束，能量利用率可达43.71%，最小不均匀性为2.12%。该方法在激光加工领域具有良好的应用前景。

正交光栅投影的相移轮廓术(PSP),可通过某一特定方向的相移(常利用相移调节因子来控制相移方向),获取两个相互正交的相位。但该方法对系统的非线性响应敏感,且目前尚未被深入讨论。为此,分析了系统的非线性响应对正交光栅相移轮廓术测量的影响,推导了带有非线性误差的相位表达式,并分析了两个方向相位相互串扰的原因。在此基础上,分别研究了抑制非线性误差的主动校正法和被动校正法,提出了可消除2阶非线性误差的双5步相移法,并利用基于统计分析的伽马校正法确定系统伽马值,主动改变正交条纹编码来抑制非线性误差。同时,完成了两种方法的对比,计算机仿真和实验结果表明,主动伽马校正法更实用。

针对基于相位调制的结构光用于深度获取时, 投影系统、图像采集系统光瞳中心不等高而引入测量误差, 提出一种测量系统校准方法。该方法以 N帧正交光栅像与一立方体物体为辅助, 根据光场中立方体边缘的阴影位置及其表面光栅栅线变形情况实现系统的粗校准; 通过计算立方体深度在光场水平方向引起的相位变化量, 指导系统的精校准。该方法可为基于结构光的深度获取装置校准提供理论指导, 为非经验装调工作者提供技术支持, 实验数据论证了该方法的有效性。

提出一种新的相移方法，该方法将原独立的水平和垂直一维正弦光栅集成为单幅正交正弦光栅图，再采用双频光栅相移方法，从而实现仅通过某一特定方向相移即可获取两正交相位分布，并进而计算出待测面的梯度分布并由梯度分布恢复待测表面面形。详细介绍了双频光栅相移方法，推导了相移方向与双频光栅相移的对应关系。在传统方法中，须独立投影或显示水平和垂直一维正弦光栅，且分别进行相移测量，因此共需2×N 幅图像(N≥3)；而在双频正交光栅相移方法中，最少需要5 幅图像。当采用机械相移时，传统方法需要二维相移机构，而该方法仅需一维相移机构，因此该方法具有成本低、测量速度快、结构简单等优点。实测的眼镜片结果，验证了该方法的可行性。

数字投影和成像系统的Gamma非线性效应是导致相位测量轮廓术（PMP）测量误差的重要原因。目前大多采用多帧条纹图进行Gamma校正，使测量的实时性受到限制。提出了一种Gamma校正方法，利用正交光栅像的傅里叶频谱分布计算Gamma值，再根据此Gamma值对投影相移条纹进行Gamma逆变换，实现投影条纹输入值的提前校正，以获取具有良好正弦性的结构条纹，从而降低PMP相位测量误差。校正过程中只需一帧条纹图，而且考虑了测量系统的离焦效应。实验证实了该方法的有效性和正确性。

将两个弱调制导模共振光栅相互垂直放置构成新型正交光栅结构。应用严格耦合波理论计算了横电/横磁(TE/TM)偏振光入射时的光谱特性，并分析了该结构的导模共振现象。研究表明，当改变两光栅间隔距离时，正交光栅结构呈现出较大的光谱可调范围（共振峰间距由0~62.7 nm连续可调）；当分别以TE/TM偏振光正入射时，两种偏振光对应的共振波长位置保持不变、光谱曲线相同，相当于平行双光栅结构对应光谱的叠加。TE/TM偏振光倾斜入射时反射峰发生分裂，同时在入射面为P1面时582.3 nm和590.8 nm共振波长位置处，及入射面为P2面时590.8 nm和612.4 nm共振波长位置处呈现出峰位随入射角的增加保持不变的特性。

调制度测量轮廓术是一种垂直测量的三维面形测量方法,可以测量表面有剧烈变化的复杂物体。提出了一种基于正交方向空间载频的快速调制度测量轮廓术。该方法将两个具有一定间距且正交的正弦光栅同时成像在被测物体上, 并使被测物体位于两个光栅成像面之间。采用空间频域滤波将正交光栅图像分离, 得到被测物体经正交光栅调制的两个调制度图像, 利用其比值和高度的对应关系恢复出物体高度。该方法只需采集一幅图像, 即可恢复出物体高度, 具有三维信息实时采集的特点。实验结果表明,利用该方法可以快速且较为准确地恢复出物体的高度信息。

采用“逆规则”傅里叶展开法来提高正交浮雕双周期光栅问题的收敛性,把用在单周期光栅中的反射透射系数阵算法推广到正交双周期光栅中,并充分利用光栅的对称性和对角周期性,在保证计算准确度和稳定性的条件下,把计算速度提高了几十倍,从而把对这类问题的计算从大型计算机中解脱出来,而可用微机加以处理。