基于传统Gerchberg-Saxton(GS)算法和卷积神经网络(convolutional neural network,CNN),提出了一种利用液晶空间光调制器(LC-SLM)产生涡旋光束的方法。利用该GS-CNN方法,产生了具有不同拓扑电荷数的贝塞尔光束,进一步分析了所产生的涡旋光束的均方根误差(root mean squared error,RMSE)和衍射效率(diffraction efficiency),并与传统GS算法得到的结果进行了比较。结果表明,采用所提出的GS-CNN方法能够产生高质量的涡旋光束,相较于传统的GS算法,所产生的涡旋光束的光强与目标光强的差异更小,并且更多输入光场能量被衍射出来。

针对现有的盲波束形成算法适应性较差, 多目标分析时采用级联模式存在结构复杂的问题, 采用并联模式存在稳健性较差的问题和采用时频分析时存在导向矢量估计较难的问题, 提出一种基于霍夫-迭代傅里叶变换的多目标盲波束形成算法。该算法首先通过短时傅里叶变换和霍夫变换解决导向矢量的估计问题, 然后通过设计波束图投影算子控制副瓣电平和过渡带以实现对波束的控制, 最后输出多目标盲波束。仿真实验分析表明, 该算法无需求逆, 计算量较小, 可以根据实际需要灵活设计旁瓣和零陷参数, 输出性能稳定。

投影光刻机普遍采用衍射光学元件(DOE)来产生各种照明模式。针对投影光刻机中准分子激光器空间相干性差的特点，提出了一种混合分区设计方法，并利用该方法对产生传统照明模式、二极照明模式和四极照明模式的DOE进行了具体的设计。仿真分析了采用常规重复分区方法和混合分区方法的两类设计结果，并对它们的远场光强分布进行了详细的比较分析。在相同的局部优化算法条件下，相对于常规重复分区方法的设计结果而言，混合分区方法设计的DOE可使传统照明模式的非均匀性从26.45%下降到1.12%，二极照明模式的非均匀性从19.93%下降到5.45%，四极照明模式的非均匀性从17.73%下降到3.54%。混合分区设计方法无需改变局部优化算法，在保持高衍射效率的同时能大幅度提高光瞳均匀性。

为了进行3维物体全息图的快速运算, 在迭代傅里叶变换算法基础上, 通过分析透镜的傅里叶变换性质, 采用编码球面相位因子的方法, 将全息图平行光再现等效为点光源再现。将球面相位因子加入到迭代运算中, 获得了具有深度特征的3维物体全息图; 同时利用球面相位因子查表运算法简化了相位因子的计算, 提高了算法的迭代速度,并基于空间光调制器进行了3维物体的再现实验。结果表明, 该算法具有良好的收敛特性, 计算的全息图能够在不同距离的像面实现对应层面的物场再现, 具有3维的视觉效果。

提出基于衍射光学器件的光学图像级联加密系统。一般来说，一个n级系统可由n个透镜串联组成。经过优化设计的衍射光学元件如相位板等相应的放置在系统的空间域和频谱域。当系统在平面波照明下，便能在输出平面获得解密图像。这些衍射元件可通过级联迭代傅里叶变化算法设计。计算机模拟结果显示，算法具有很快的收敛速度，而且所应用于的系统的级次越多，相应的收敛速度越快．级联系统能够高质量的恢复原始图像，使之与原始图像的均方差小于5×10^－30。采用密钥共享方案，级联系统可以用作多用户系统，这样能使安全性明显提高。

在虚拟光学数据加密理论的基础上,基于光学4f系统及迭代傅里叶变换算法(IFTA),提出利用多个相位板进行分级图像加密的方法,将不同密级的图像分别加密到不同的相位板中,给出其理论原理和实现方法,并通过计算机模拟验证了该方法的有效性。在解密过程中,利用不同数目的相位板可以得到不同图像,相位板越多,得到的图像也就越多。随着相位板数目的增加,要想得到正确的解密图像,相位板放置的次序也有严格要求,系统的安全性也因此大大提高。此方法可将信息进行分级加密,用于对不同权限级别的用户开放,也可用于安全认证和准入检查系统。

为克服气动光学效应对目标图像的影响,把相位恢复算法与气动光学效应机理研究结合起来,用于湍流退化图像的恢复.该算法是通过目标图像的傅里叶变换幅值来恢复目标图像,或等价地,恢复傅里叶变换相位.讨论了两类相位复原算法--迭代傅里叶变换(IFT)和解相关算法.对现有的解相关算法作了改进,采用共轭梯度法解高斯-牛顿方程,可有效提高算法的收敛速度.IFF算法不能保证迭代过程总能收敛到正确解,有时会出现停滞现象,将IFT和解相关算法组合起来,可以克服IFT算法的停滞现象,提高正确收敛率.给出了在信噪比为20 dB情况下的湍流退化仿真图像恢复的实例,目标图像能较清晰地恢复出来.实验结果表明该算法具有较好的稳定性和抗噪声能力.