介绍了一种基于计算全息的非对称多台阶衍射光学元件印模制备方法，研究了相位型计算全息的工作原理和设计方法，建立了相应的光学系统和衍射光波模型，设计了求取相位型印模微结构的算法流程。在理论分析的基础上，以叠心图案为例，利用MATLAB分别仿真了2台阶、4台阶、8台阶、16台阶衍射光学元件的相位信息以及表面微结构形貌，并对比了其再现图像的质量，发现台阶数越多，再现图像的质量越好。获得印模空间高度数据以及表面结构分布后，利用单点金刚石车削技术，采用快刀加工方式，分别加工了元件尺寸为6 mm×6 mm，最小特征尺寸为30 um的2台阶和4台阶印模，并获得了实际加工的台阶轮廓曲线以及表面结构轮廓。最后采用紫外固化纳米压印技术实现了4台阶印模的复制过程，并对复制样品进行了图像再现，结果表明该方法能用于非对称低台阶数衍射光学元件印模的制备。

为了研究高速飞行弹丸的运动姿态问题, 提出转镜同步跟踪技术。在高速CCD相机主光轴方向放置一面转镜, 将弹道线位置上飞行弹丸的运动姿态反射到高速CCD相机内实现同步跟踪。设计了基于高速CCD相机视场中点的转镜跟踪系统, 建立了弹丸和转镜的运动模型, 并利用MATLAB软件得到了其随时间变化的曲线, 分析了相机和转镜空间位置对成像质量的影响。针对参数H=200 m, V=100 m/s, 对系统存在的误差进行了分析, 结果表明该系统可以实现对高速弹丸的同步跟踪。

介绍了一种基于相息图原理的用于智能显示的纯相位型计算全息图的设计方法, 并在此基础上, 以雪花图形和分划板图形为例, 完成了全息元件实验样件的制作及全息再现实验, 这种实时再现的图像可以用于智能显示。在已知记录介质折射率的情况下, 通过控制纯相位型计算全息图记录介质表面微结构的宽度和高度来调制光波, 得到所需图像。采用逐步迭代的傅里叶变换算法来获取纯相位型计算全息图的相位结构, 为了降低相位型计算全息图的制作难度, 提出量化数学模型, 并对所设计的相位结构进行量化处理, 给出了纯相位型计算全息图的4台阶浮雕型相位结构。全息元件的尺寸设定为6 mm×6 mm, 工作波长为650 nm, 衍射结构的最小特征尺寸为8 μm。理论计算和模拟再现像的结果表明, 在未考虑加工误差的条件下, 所提供的这种用于智能显示的纯相位型计算全息图的设计方法是可行的。此方法可推广用于其它任意特定图案的纯相位型计算全息图的设计, 也可用于设计具有光束整形功能的衍射光学元件, 如离轴照明的光束的整形匀光器件等。用于智能显示时, 用平行光照射制作的实验样件, 只得到的单一的衍射图像, 不存在其他衍射级次的图像, 在考虑采用台阶量化结构和存在加工误差的情况下, 衍射效率仍然很高。若改变设计的全息图相位的正负, 并用平行光以特定的角度照射制作此相位型计算全息图, 可用于全息瞄准。

基于高速CCD相机主光轴的转镜弹道同步跟踪系统，研究了高速飞行弹丸飞行姿态和飞行速度的问题，利用转镜的反射原理和转镜运动规律，建立了转镜随弹丸运动的时空关系模型和转镜运动参数的数学模型，并推导转镜运动参数与弹丸飞行速度和弹道距转镜中心垂直高度之间的数学关系；在理论分析的基础上，用MATLAB分析了转镜视场内的弹道宽度随时间变化的规律以及转镜转角和角加速度随时间变化的规律，得到在某一时刻转镜视场的大小以及转镜参数的变化曲线；给出了转镜尺寸、扫描速率曲线和最大离散速度等主要参数的计算方法，分析了它们对整个跟踪系统的影响。针对系统设置参数为h=150 m,v=300 m/s时进行仿真，仿真结果表明本系统可实现对高速弹丸的同步跟踪。