在几何光学近似下，研究了非稳腔中的离焦像差的演化，解析地给出了正支共焦非稳腔中离焦像差的线性修正公式。结合氧碘化学激光器的模拟结果表明：光腔的放大率越小，像差演化的影响越明显；变形镜直接放在凹面镜处的补偿效果最好。对比直接补偿，考虑像差演化的补偿可以使光束质量的β值平均降低35%。

对数字无透镜傅里叶变换全息图直接采用逆傅里叶变换进行物场的数值重建时,需要满足两个条件：第一,全息图的记录过程必须满足傍轴近似条件,否则再现过程中会产生非傍轴像差; 第二,记录全息图时物平面与参考点光源到全息图记录平面的距离必须相等,否则再现过程中会产生离焦像差。理论分析了非傍轴及离焦记录条件下数字无透镜傅里叶变换全息图的灰度分布特点,并提出了相应的非傍轴及离焦像差的数值校正方法。根据实际的非傍轴或离焦记录情况,分别给所记录的数字全息图灰度分布矩阵乘以适当的非傍轴或离焦校正因子,以消除灰度矩阵中非傍轴或离焦因素的影响,然后再对校正后的全息图灰度矩阵做逆傅里叶变换处理,即可得到准确的数字再现像。实验结果表明,该数值重建方法能够有效地消除无透镜傅里叶变换全息术中数字再现像的非傍轴像差及离焦像差,提高再现像的质量。

波前编码技术是在成像系统的光阑面插入一个非球面相位板,得到一个中间模糊图像,并通过数字图像处理得到清晰图像.波前编码使得成像系统对很多离焦像差不敏感,例如温度引起的像差.这使得该技术可以应用于红外成像系统中,同时可以增大系统的焦深.设计了一个有效焦距f'为35mm,光圈F为2,工作波长为8～12μm的红外成像系统,并且通过数值模拟温度-20℃至60℃的改变,得出波前编码系统在不同温度不同物距下的MTF和PSF基本一致,最后通过数字滤波,可以在大温差的情况下重建大景深清晰图像.

正支共焦非稳腔在出光过程中易受环境扰动而造成腔长失调,易受热积累影响而使腔镜变形,从而使输出光束产生离焦像差和部分其它像差.为了实现对离焦像差的校正,针对不同的产生原因,提出了2种离焦像差特性分析方法:一为腔镜相对位置失调引起的离焦像差特性理论分析方法,它是另一种分析方法的基础;二为腔镜变形引起的等效腔长变化导致的离焦像差特性分析方法,它是实际激光器中的主要分析方法.得到了离焦像差与腔长的特性关系和离焦像差与腔镜变形量之间的特性关系.研究表明:腔长改变和腔镜变形对离焦像差的影响本质是一样的,都是改变了谐振腔的共焦点位置;腔长改变或腔镜矢高变化与离焦像差都成近似的线性关系.实验验证了离焦像差特性分析方法的有效性,最后指出离焦像差特性可作为激光器中离焦像差动态补偿的有效依据.