研究了富勒烯对六官能团脂肪族聚氨酯丙烯酸酯/环氧树脂(RJ423/ EPIKOTE 828)体系光致聚合物的全息性能的影响，分析了富勒烯(C₆₀)材料以及曝光光强对光致聚合物衍射效率的影响。通过吸收光谱结合X射线衍射图谱分析，掺杂的富勒烯既没有和聚合物中的其他成分发生化学反应，也不影响材料本身的结构和结晶性能。实验结果表明，富勒烯掺杂提高了单体聚合反应的速率，并且参与活性单体分子之间的扩散。在光强20 mW/cm²、时间40～50 s、厚度200 μm时，光致聚合物的衍射效率提升到86%，感光灵敏度达到1.32 cm²/J，收缩率降低了约80%。由于C₆₀促进聚合，抑制体积收缩，从而增强全息存储的稳定性，经过全息图像存储实验对比，证明该光致聚合物掺杂富勒烯之后具有优秀的全息存储性能，同时也表明富勒烯掺杂的光致聚合物在全息储存领域具有较大的应用前景。

对于宽入射角工作的衍射光学元件，提出了高带宽积分平均衍射效率的优化设计方法。通过复合带宽积分平均衍射效率的最大化设计，得到设计波长和设计入射角度，进一步可以计算得到微结构高度。分析了衍射效率对折衍射混合光学系统调制传递函数的影响。优化设计了一套含有衍射光学元件的折衍射混合目镜系统。目镜由三片透镜组成。考虑衍射光学元件的衍射效率，最大视场处目镜系统的调制传递函数高于0.42。该方法为混合光学系统的像质评价提供了依据。

具有轨道角动量(orbital angular momentum，OAM)的涡旋光束因其无穷的空间状态，在经典光学和量子光学中备受关注。近年来，通过引入分数OAM的涡旋光束来增加OAM模式维度的复用能力。然而，如何高效探测分数OAM模式仍然是一个有待解决的问题。通过逆向设计结合坐标转换的方式对分数OAM模式进行探测。首先，分数OAM模式通过扇形转换调制，得到螺旋相位梯度成倍增加的光场。其次，通过对数转换的转换相位叠加逆向设计的补偿相位调制光场。最后，实现对拓扑荷数间隔为0.1的21阶OAM模式的探测。结果发现，两束复用分数OAM光束经过系统后，光斑能被分开的最小间隔为0.6。同时，系统仍然能保持83%的高衍射效率。这为解决高效率、超高维度的光学处理领域提供了一种有效的方案。

基于矢量衍射理论并采用严格耦合波方法建立了一种新型的自溯源光栅正弦结构及入射条件与衍射效率的理论模型；通过控制变量法分析了自溯源光栅结构参数、激光入射条件对衍射效率的影响规律；搭建了光栅衍射效率测量系统；结合光栅方程，计算了不同Littrow角对应的衍射效率。仿真结果表明：入射波为TM偏振态、入射波长为420 nm、入射角为80°时，自溯源光栅−1级衍射效率处于峰值状态，为4.3%；在Littrow结构中，入射波为TM偏振态、入射波长为415.51 nm、Littrow角为77.5°时，自溯源光栅−1级衍射效率达到最大，且接近非Littrow角对应的自溯源光栅的峰值衍射效率。实验结果表明：入射波为TM偏振态、入射波长为405 nm、入射角从65°~85°改变时，自溯源光栅的衍射效率呈上升到平稳再下降的趋势，67°~80°改变时，其衍射效率达到平稳最大值，其结果为0.6%左右，其衍射效率变化趋势与理论计算结果一致。