体全息光栅作为全息波导显示器的出/入耦合元件，其性能严重影响波导系统的视场。因其角度选择性，当光束偏离布拉格角入射体全息光栅时，其衍射光角度会产生较大的偏移，使得其与出耦合光栅的响应带宽不匹配，限制了波导系统的视场。首先基于Kogelnik理论对波导系统中体全息光栅的带宽匹配进行了分析。为了扩展波导系统的视场，提出了一种复用体全息光栅的设计方法。该设计旨在扩展出耦合光栅的响应带宽并同时收缩入耦合光栅的衍射光角度，使得出/入耦合光栅的带宽相匹配。仿真结果表明：采用本文设计的复用体全息光栅后，波导系统的视场能达到22.9°。本文设计的复用体全息光栅制备简单，可以有效拓展波导系统的视场。

传统具有单片换能器结构的声光偏转器存在布拉格带宽与衍射效率的权衡关系。为了增加布拉格带宽而又不降低衍射效率，提出一种基于双片锯齿电极的换能器结构的声光偏转器。首先采用双片换能器结构实现超声跟踪，使超声波方向能随频率改变，提高布拉格带宽。在此基础上应用锯齿形电极增大超声波的发散程度，进一步提高布拉格带宽。仿真结果表明，电极的锯齿边缘使声波波动性增大，即增大了超声波的发散程度。实验结果表明，在相同实验条件下，具有双片锯齿电极换能器结构的声光偏转器的3 dB带宽比单片矩形电极换能器结构的声光偏转器高62.5%。

提出了一种单个透镜目标面照度分布的设计方法，根据背光中Mini-LED光源数量及阵列排布间距、混光距离、目标面光斑半径等信息，建立了背光目标面上照度值与单颗透镜目标面照度分布之间的映射矩阵，通过LSQLIN迭代优化算法得到单颗透镜目标面照度分布，最后采用光源-目标面能量映射法设计双自由曲面透镜。以Mini-LED阵列排布间距为39mm×30mm、混光距离为6mm且目标面光斑半径为40mm为例进行设计。仿真结果表明，所设计的透镜阵列应用于光源数为5×5的Mini-LED背光时，目标面照度均匀性达到87.45%，对比常用的均匀分布及高斯分布分别提升6.24%和3.34%。本方法在确保背光照度均匀性的前提下降低了透镜设计的计算复杂度，无需大量的后续优化工作，为Mini-LED背光中双自由曲面透镜的设计提供了一种实用有效的方法。

根据全反射原理设计了一款基于表面微结构的超薄透镜，由自由曲面将光源出射的光线进行准直，随后利用微米级表面微结构将准直光线反射到底部，再配合底部的反射膜将光线进行二次反射，从而能够在较小的混光距离（OD）下有效增大光斑尺寸。利用边缘光线原理，改善了扩展光源下光线经自由曲面后准直性劣化问题。仿真结果表明，该透镜应用于超薄背光模组时，能够在OD为3 mm、距离-高度比（DHR）为15 mm的3×3阵列下获得82%的均匀性，相比传统双自由曲面透镜均匀性提升40.7%。该透镜设计方法简单，避免了双自由曲面透镜尺寸较小时加工误差的影响，无需后期大量复杂的优化工作，具有较大的实际应用价值。

基于波前调控的全息视网膜投影显示（RPD）能够在无透镜条件下对图像光束进行会聚且可以实现图像景深、视点位置、数量、间距等参数的自由调控。目前，无透镜波前调控全息RPD多数选用振幅型全息图进行研究，存在衍射效率低、共轭像串扰等问题。基于此，提出了一种无透镜全息RPD的纯相位全息图计算方法，通过两步计算即可得到所需全息图。首先，将目标图像乘以均匀相位后作为输入，在输入面和全息面之间进行基于角谱衍射的Gerchberg-Saxton迭代后在全息面获得相位分布。然后，在迭代后的相位分布上乘以会聚球面波相位并对其编码得到最终全息图。在实验中，通过时分复用技术实现了彩色RPD并利用多球面波相位实现出瞳拓展，验证了该方法的有效性。