Aiming at morphology of laser induced damage mitigation pit on the rear surface of 3ω silica optical component, the mitigated area and its downstream intensity distributions with different morphologies are simulated by finite-difference time-domain method (FDTD) and Rayleigh-Sommerfeld (R-S) diffraction integral method, respectively. The results show that when the angle between the tangent line of endpoints on the section contour of the pit and incident light is over 70°, the maximum intensity inside the mitigated optics is less than 1.66, and mitigation effect is better than that of other angles. The maximum downstream intensities of a pit in shape of parabolic surface, cone and truncated cone are all less than 1.46 with an angle of 70° and a width of 200 μm. But when the width of pit increases to 1 mm, for instance, the maximum downstream intensity is as high as 9.31 and area with high intensity covers a long range. Thus, taking the difficulty of laser machining technology into account, a conical pit with an angle larger than 70° is the first choice for the damage mitigation on the rear surface of silica optical component.

针对三倍频光学元件后表面的损伤修复形貌，分别采用时域有限差分法（FDTD）和瑞利索末菲（R-S）衍射积分法，来模拟不同形貌下元件修复区域内以及其后续的光场分布。结果表明，当修复坑截面轮廓线端点切线与光束传播方向夹角大于70°时，元件内部光强极大值小于1.66，修复效果优于其他角度。夹角为70°、宽200 μm的抛物面型、圆锥型和圆台型凹坑的后续光强极大值小于1.46。但是当修复坑宽度较大如达到1 mm时，圆台型凹坑的后续光强极大值高达9.31，且作用区间长。因此，考虑实际激光修复工艺的难度，夹角大于70°的圆锥型凹坑是石英元件后表面损伤修复的首选形貌。

基于矢量瑞利索末菲衍射积分，建立了非傍轴条件下四瓣高斯光束经过偏心圆孔光阑在自由空间传输的矢量场模型。选取倾斜光轴作为参考光轴，借助于硬边圆孔的复高斯级数分解，得到了近场模型下衍射场分布的矢量解析式。通过数值计算和模拟，详细讨论了f参数、光束阶次、衍射孔位置和截断参数对像场分布的影响，包括衍射场主瓣强度的位置和光束宽度。这些结论有助于更好地理解四瓣高斯光束在离轴非对称光学系统中的传输特性。

点衍射干涉仪(PDI)中小孔质量影响参考球面波的质量，加工和装调误差使实际小孔与理想圆孔之间产生了偏差。利用瑞利索末菲衍射公式，对因小孔加工和装调误差产生的边缘粗糙小孔和椭圆小孔的远场衍射波前质量作了详细的分析。小孔边缘的粗糙度主要在衍射波前中引入了三叶形像差，小孔的椭圆度在衍射波前中引入了小量的像散。对于直径在0.4~1.0 μm的小孔，当小孔半径的均方根(RMS)偏差分别为0，15和30 nm时，衍射波前的RMS偏差分别达到10-8λ，10-4λ和10-3λ量级。研究结果表明，小孔边缘的粗糙度对衍射波前偏差的影响十分明显，但基本不影响强度分布；小孔的椭圆度对衍射波前的偏差影响很小，但对强度分布影响较大。实际加工或装调误差产生的椭圆小孔，其椭圆度很小，可以忽略其对衍射波前质量的影响。

对反射层析激光雷达近场小系统成像进行了理论分析与模拟验证,当目标处于瑞利索末菲衍射区域,到达目标的波前属于球面波衍射。根据奈奎斯特定律对球面波反射层析图像重建所需角度采样数,单投影采样点数约束条件进行了推导。引入了折线的方法,用于避免平方开方的距离运算,缩短图像重建时间。数值模拟表明此方法可以在降低计算量的前提下实现图像重建,随着探测距离的拉长,折线重建图像与参考图像相似度越来越高。

为确定卷积效应以及深度制作误差对小F数连续浮雕衍射透镜(DOE)轴向聚焦特性影响,基于瑞利索末菲衍射理论建立了激光直写制作的连续浮雕衍射透镜非旁轴近似轴向光强分布模型。该模型考虑了连续浮雕衍射透镜的轴向衍射聚焦特性与透镜结构参数、写入光斑尺寸和扫描间距以及深度制作误差的关系,克服了傍轴近似条件下传统模型的不精确性。为验证模型的正确性,用激光直写制作了设计波长为441.6 nm,F数为4以及相位匹配因子为3的连续浮雕衍射透镜,并测试了波长441.6 nm激光入射时透镜的轴向聚焦特性。实验与分析表明,该模型分析结果与实验测试结果符合,从而证实模型的有效性,为激光直写制作的小F数连续浮雕衍射透镜的应用提供了理论依据。

对半导体激光器光束准直场的研究具有重要的意义,半导体激光器的远轴模型能精确描述其发出的光束。根据瑞利索末菲衍射公式,利用稳相法得出了半导体激光器远轴光束经过透镜准直后的场分布解析表达式。根据该表达式可以得出如下结论：准直后光束在两个方向上的光斑大小与透镜焦距成正比, 且与传输距离无关,沿轴光强与波导尺寸参量和准直透镜焦距有关,且与透镜焦距成平方反比关系,在传输距离较短的情况下,准直光场相位分布近似为球面,传输距离较长时,光场相位近似为平面. 这些结论在工程应用中具有重要的价值。