激光散斑是阻碍激光投影显示技术发展的一大瓶颈。基于复合散斑衬比度分析法，对影响激光投影系统中复合散斑衬比度的参数进行了分析，即统计独立散斑图样个数N和探测器成像镜头在投影屏幕上的分辨基元面积内的散射光波的相干面元的数量M。可通过调节投影镜头和成像镜头的数值孔径、投影距离及观测距离等参数改变N和M，从而达到改善激光投影系统中散斑现象的目的。并在简化的投影系统中，就随机相位片上照射光斑面积、照明系统数值孔径对激光投影成像中散斑衬比度的影响进行了系统实验分析。实验结果表明，在投影镜头尺寸一定的基础上，适当增加照射在随机相位片上光斑的面积，可有效降低散射屏幕上二次散斑图样的衬比度，且投影镜头数值孔径的减小会增加散斑现象，这为激光投影系统的小型化提出了一大挑战。该结论可为以旋转随机相位片抑制激光投影成像中的散斑提供系统设计指导。

萨格纳克干涉仪中传播的两束光具有相同的光程, 因而适合用于高稳定的合束系统, 螺旋相位片作为无源、分离器件具有螺旋光束转化效率高、工作环境适用条件低等优点。研究将萨格纳克干涉仪和螺旋相位片结合起来生成矢量光束的方法具有重要的研究意义。通过分析光束的轨道角动量态和偏振态在萨格纳克干涉仪中的演化规律, 优化设计出了等腰直角三角形的合束光路结构。合束装置可以不使用1/2波片进行光束偏振态调制, 因此光路结构更紧凑和稳定。通过旋转检偏器方法测量了生成矢量光束的阶数。实验结果证实了合束方法的高稳定性和高效率。

相位的计算在二维傅里叶变换等光学计算中有着很重要的作用, 在G-S算法等相位恢复算法中更是有着较多的应用。提出了一种全新的相位叠加方案, 除了器件本身的光电转换特性外, 不需要外加非光学的辅助单元, 用全光的方式实现了相位的线性叠加。通过对该计算单元原理和基本构架进行理论分析和计算机仿真, 证明了方案的可行性。设计的计算单元既可以用于光学模拟计算中的相位计算环节, 也可以用来作为能够保持相位信息的光束连接器。

设计并制备了一个新型类贝塞尔调制螺旋相位片，该相位结构是由类贝塞尔函数表示的振幅信息加载到螺旋相位上构成的，通过选择合适的调制参数，使得透射率在相位结构边缘处为零，能够大幅度消除再现光学旋涡光束的旁瓣。采用在纯相位型元件上调制复振幅的编码方法，实现振幅型到纯相位型的转换。通过优化多灰阶激光直写工艺，对每一个像素高度进行调制，直接将该相位片加工在基底是玻璃的光刻胶上。搭建光路验证了光束强度分布，并取得了与理论预期高度一致的结果，为产生高质量旋涡光束提供了一个简便、可靠和低成本的微光学元件手段。

经过理论推导,分析了320 mm口径衍射光学元件在束匀滑实验中光强分布出现高级次衍射斑和元件实际衍射效率变低的原因,模拟计算得到了接近实验的光强分布。模拟分析发现:通过调整设计参数,如适当增加抽样点数,使设计时焦斑主瓣占输出计算窗口的比例减小至0.2以下,可以大大降低由于高级次衍射斑造成的衍射效率损失,控制在2%以内,使台阶分布式相位片实际衍射效率得到提高,在对口径为70及320 mm的台阶分布式相位片样品测试中得到了验证。

光学多普勒层析术(ODT)是一种高分辨、非侵入的生物医学成像手段,能同时得到组织的结构信息和组织内血管的流速信息。提出了一种新型的基于相位分辨技术的ODT三维矢量测速方法。在ODT系统样品臂的准直镜和聚焦透镜之间加入窄带相位片,形成三个不同的相位延迟,通过计算多普勒频移和不同相位延迟下的多普勒展宽,可得到毛细管内的三维矢量流场分布。对已知浓度的聚苯乙烯溶液进行了一系列不同角度和不同流速的实验,结果证明这种新型的ODT矢量测速方法可以较精确的实现三维矢量流速的测量。

综述了过去10年中德国BESSY同步辐射装置在软X射线偏振测量方面所做的工作.在BESSY同步辐射装置中,有10条椭圆波动器光束线,这可使同步加速器辐射的偏振态从线偏振光(水平或者垂直)转变为左旋或右旋圆偏振光.由于很多偏振敏感实验(例如,MCD光谱测量)需要归一化量,因此对偏振度进行量化非常重要.对于偏振实验,即对光的偏振态测量来说,需要两个光学元件分别起相位片和检偏器作用.因此,专门研制了在软X射线区有透射和反射功能的多层膜,并对其做了优化.通过使多层膜参数(周期,厚度比)与构成材料的吸收边相匹配,即可获得共振加强的偏振灵敏度.由此可知,基于多层膜的偏振测量与这些偏振光学元件工作波长处性能测量密切相关,文中对仪器的设置和测试结果做了介绍,同时给出了磁性薄膜或光活化物质的磁光光谱测量和偏振测量的示例(法拉第和克尔效应).

Focusing properties of Gaussian beam induced by nonspiral and spiral phase plates are investigated numerically. The nonspiral phase plate introduces phase singularity to the incident beam, and the spiral one adjusts the radial phase distribution. Intensity distributions in geometrical focal plane show that the parameters of phase plates can alter the intensity distributions considerably. And local dark focal spots may be obtained, the focal spot may evolve into a circle, a two-peak spot, or a curve line, which indicates that the combination of nonspiral and spiral phase plates can be used to form novel focal spots.

根据衍射积分公式, 对连续多模激光束通过随时间变化相位片的变换特性进行了数值模拟, 详细地讨论了相位片单元尺寸和相位变化频率对多模光束光滑化和能量分布的影响。 数值模拟结果很好地解释了实验结果。