为了降低菲涅尔孔径编码成像的传输带宽，改善小尺寸像感器拼接成像质量，提出菲涅尔孔径编码成像的压缩感知重建算法。基于压缩感知理论框架对部分采样的编码图像重建可行性进行分析，指出压缩感知重建误差随波带片常数缩小而降低。根据重建图像中孪生像和原始像在梯度域稀疏性的差异，引入全变差正则化实现抑制孪生像的效果。建立压缩感知理论框架下图像重建目标函数，利用交替方向乘子法进行求解。结合编码图像的能量分布和采样模式的可实现性，测试了矩形采样和辐射线采样两种模式，对不同采样数据量下重建图像质量进行分析。结果表明，辐射线采样模式相比矩形采样模式具有更高的图像采样效率，且仅通过7.3%的实验测量数据就可以获得质量良好的图像，为多块小尺寸像感器拼接成像提供了理论基础，有利于拓展编码掩膜无透镜成像的应用领域。

基于菲涅尔波带片构型的平面衍射透镜在现代光学系统中发挥着重要的作用，是高端光学成像系统等应用的关键元器件之一。现有菲涅尔波带片结构多基于金属薄膜或高折射率电介质材料来制备，难以满足集成光电子系统可集成化的核心需求。本文提出一种基于原子层厚度二维材料的菲涅尔波带片结构，基于损耗辅助的相位调控机制，在原子层厚度的MoS₂二维半导体材料上实现了对整个可见光波段显著的相位调制能力。利用飞秒激光加工技术，制备了二元相位型菲涅尔波带片，理论和实验验证了宽谱衍射受限的聚焦特性。与单层过渡金属硫化物材料的直接带隙特性相结合，该工作为实现光子集成系统提供了一种可行的路径。

基于原子层沉积与聚焦离子束切割抛光相结合的工艺，提出了一种多层膜型波带片制备技术。利用耦合波理论计算出最外环宽为10 nm的Al₂O₃/HfO₂、Al₂O₃/SiO₂、Al₂O₃/Ir和Al₂O₃/Ta₂O₅四种材料组合的多层膜波带片在X射线能量为8 keV和15 keV时的菲涅尔波带片的理论衍射效率，讨论了最外环宽和波带片高度对衍射效率的影响，选择了Al₂O₃/HfO₂为后续叠层制备。研究了原子层沉积制备Al₂O₃和HfO₂薄膜的生长特性，验证了原子层沉积技术制备单层膜厚为10 nm叠层结构的可行性，实验结果表明，利用原子层沉积技术制备Al₂O₃和HfO₂薄膜粗糙度可控在1 nm，均匀性优于±1.5%，单叠层厚度误差仅为0.416 nm.同时，利用聚焦离子束切割抛光技术得到了最外环宽为10 nm，高宽比200的高分辨率X射线菲涅尔波带片。