微透镜阵列的衍射效应会影响夏克—哈特曼波前探测器的探测精度。本文根据惠更斯-菲涅耳衍射理论建立二维微透镜阵列衍射模型，模拟分析使用理想平行光入射微透镜阵列时在焦平面产生的二维衍射光斑阵列。然后，通过计算衍射光斑偏移一个像素的过程中质心的误差，确定最大质心计算误差。接着，利用模式法进行波前重构，获得波前探测误差。仿真结果显示：在偏移0.21和0.79个像素，即波面偏转0.03°和0.13°时，衍射导致的波前误差最大为0.125 λ。最后，实验验证了该误差计算方法的有效性。该研究结果可为夏克一哈特曼波前探测器的设计提供理论依据。

以到达光船上的激光光斑大小为标准，分析了大气湍流及衍射对CO₂激光推进时光束发散的影响。分析表明在湍流比较弱的情况下，通过变焦发射系统可以保证激光推进时光束覆盖光船表面。对于不同光束质量因子的激光，得到了发射系统的最小口径以及发射系统的焦距随光船飞行距离变化的关系。

为解决星模拟器在光谱模拟时存在的衍射问题，提出一种消除数字微镜设备衍射效应的方法。建立标量衍射模型，将数字微镜设备等效为二维闪耀光栅，以光栅衍射理论为基础寻找影响衍射能级的因素，并推导出入射角与衍射效应的耦合关系。当光束沿数字微镜设备对角线入射，高度角为24∘时，衍射效率达到最大化提高，衍射效率提高近12%，此时衍射损耗能量最少，数字微镜设备反射时存在衍射效应达到最小，通过ZEMAX优化设计出Czerny-Turner光学结构，校正系统像差。优化结果表明，在500~900 nm谱段内，光谱模拟精度优于5%，全谱段的光谱分辨率优于5 nm，可有效提升星敏感器地面标定精度。

针对数字微镜器件（digital micromirror device，DMD）衍射效应对系统成像影响严重的问题，对DMD元件产生的杂散光进行研究。基于严格耦合波理论构建了DMD衍射模型，分析不同波段和入射角度对其衍射效率的影响，分析结果表明，在长波红外波段DMD衍射效应较明显，且随着入射角度增大，DMD衍射效应更为显著。分析投影系统中DMD的衍射杂光产生途径，通过改变系统的F数来控制入射角度，计算出DMD衍射效应产生的杂光能量占比，给出不同波长下，不同F数的光学系统杂光随衍射效应的变化曲线，即F数越大，DMD衍射效应对系统杂光影响越小。

拼接式主镜的设计使超大口径望远镜的构想成为现实。为了研究拼接式望远镜的成像性能，精确分析和量化了拼接式主镜构型、平移误差、倾斜误差对衍射效应的影响，从拼接式光学系统的成像原理出发，基于齐次坐标变换建立了拼接式主镜的光瞳模型，并仿真分析了拼接主镜构型对衍射效应的影响。分析结果表明：对于不同构型的拼接主镜，其衍射效应受拼接主镜的填充因子和孔径间隔共同影响，填充因子越高，孔径间隔越小，系统成像质量越好。以典型的拼接主镜构型为例，分别仿真分析了单个子镜平移误差、倾斜误差和拼接主镜整体平移误差、倾斜误差对衍射效应的影响。分析结果表明：对于单个子镜，平移误差对远场衍射的影响具有周期性；对于拼接主镜整体，当子镜piston误差的均方根值小于0.039λ时，斯特列尔比大于0.95；当子镜tip-tilt误差的均方根值小于0.036λ时，斯特列尔比大于0.95。分析结果为拼接式望远镜的成像性能分析、主镜的构型设计、平移误差和倾斜误差的检测与调整等提供了依据。

由于激光棒具有细长的特殊形貌特征，传统的双通测试方法虽然灵敏度较高，但是往往存在明显的衍射效应和多重成像导致的边缘黑环，这会导致有效测量面积的缩减，对于小口径光学元件的测量尤为不利。为了克服这一缺陷，采用单通法测量激光棒的波前畸变，使用直角棱镜作为反射件，使得测试光仅通过激光棒一次，从而减少光路中的等效圆孔数和成像次数，抑制衍射和边缘重叠。利用展开的多小孔模型讨论了衍射效应的影响，并且从成像角度讨论边缘重叠的成因，从而得出单通法的优势。另外，为使参考光与测试光的匹配，需要将直角棱镜旋转至少5.40°偏摆角以提高干涉条纹的对比度。最终测得激光棒波前畸变的峰谷值为0.068λ，均方根值为0.012λ。