基于激光投影显示系统中散斑形成机理，从理论上分析了影响投影系统中散斑抑制的两个关键参数，即统计独立散斑图像数量N 和探测器成像镜头在观测屏上一个分辨基元内投影镜头分辨基元的数量M。参数M 或N 值的增大，都将有效降低散斑图像的对比度，但即使投射到屏幕上的独立散斑图像数目N 实现巨大，即N→∞，也只能将散斑图像对比度降至1/ M 。在简化投影系统中，利用旋转小散射片产生统计独立散斑图像的方法，通过系统实验，比较了同一散斑抑制技术用于激光非投影和投影系统中散斑抑制的程度，以及投影镜头F 数和探测器成像镜头F 数的变化对参数M 和散斑抑制的影响。结果表明：对于相同N 值和检测条件，投影镜头的存在使散斑图像对比度从0.146 提高到了0.427，呈现的散斑更严重，且投影镜头F 数的增大还会进一步恶化散斑图像，这使得激光投影系统的小型化受到挑战。

散斑抑制一直是激光显示技术的研究热点。 对激光光束经SiO2溶液所形成散斑的特性分析, 建立了多重散射与散斑颗粒大小的联系。 结合动态光散射理论, 提出利用斜入射引入动态多重散射机制的激光散斑抑制方法, 并构建由静态散射片和装有粒径为300 nm、 摩尔浓度为3.0×10-4 μm-3的SiO2悬浮液的光通管组成的散斑抑制装置, 将其置入激光显示系统的光源部分。 针对光束以不同入射角进入SiO2悬浮液对散斑图像对比度影响进行了系统实验分析。 结果表明, 光束以约8°进入SiO2悬浮液能将散斑图像的对比度从0.43降低至0.067。 通过该方法实现了散斑颗粒的空间平均和散斑图像的时间平均, 提高了散斑抑制的效果。 散斑抑制单元无需振动装置且便于集成到激光投影系统中, 不仅提高了系统的可靠性也减小了成本。

针对红外气体传感器对光源的要求, 选用了一种宽波长、 高调制频率、 低功耗的小体积微机电系统(micro-electro-mechanic system, MEMS)红外光源作为辐射源, 其各项性能均能很好的满足红外传感系统对于光源的要求。 由于其面光源的朗伯辐射特性, 整形之后的红外光数值孔径仍然很大, 采用传统的长光程气室结构很难实现长光程从而提高系统的检测灵敏度。 本文结合双波长单光路的差分检测方法, 设计了一种基于积分球特性的吸收气室, 有效地解决了MEMS红外光源在高灵敏度气体检测应用中难于实现长光程的问题; 并运用光在传输过程中光通量守恒的原理, 推导了此积分球吸收气室的等效光程, 解决了积分球气室等效光程计算的难题; 同时采用FPGA主控芯片对MEMS红外光源进行高频调制并处理探测器的输出信号, 使得外围电路的设计更加简单、 灵活。 设计中, 使用直径为5 cm的积分球吸收气室便可实现166.7 cm的等效光程, 研究结果显示系统可测得的最小甲烷浓度达0.001×10-6, 极大地提高了红外检测系统的灵敏度。

散斑抑制是阻碍以激光为光源的显示技术发展的技术瓶颈。通过实验分析了散射片的发散角、级联散射片的数量和它们之间的间距对散射光束相关面积宽度的影响。在级联散射片和光通管构成的散射体的基础上，利用多重散射理论解释了级联散射片减弱激光相干性的现象。基于积分散斑的统计学理论，推导了CCD积分时间T内捕获的散斑图样的强度自协方差函数与散斑对比度之间的关系，并明确了级联散射片对运动散射片位移的影响，从而达到抑制散斑的目的。实验结果表明，将散射体与运动散射片相结合不仅提高了整体光能利用率，在检测器积分时间1/30 s内还能将散斑对比度从0.753降低到0.069。

显示屏是激光投影显示系统的一部分，其表面粗糙度直接影响着基于角度多样性的激光散斑抑制效果。在角度多样性散斑抑制原理的基础上，建立了被测显示屏表面粗糙度与散斑图样之间的相关性之间的联系。对显示屏表面粗糙度对照射角度和角度变化的敏感程度权衡，实验中将入射角和角度变化量分别固定在1°和0.0038°。为避免外界微扰和测试屏表面不平度对测试结果的影响，通过对被测显示屏5 cm×5 cm测试区域中选择9个子区域的测试结果进行平均，有效提高了测试精度。运用提出的方法确定4种材质显示屏的表面粗糙度分别为235.80，209.57，132.24和137.60 μm，为设计有效降低激光散斑的投影显示屏提供了参考。

对激光投影显示系统中形成散斑的光学系统进行了简化。采用理论与实验相结合的方式，用简化的光学系统分析了复合散斑的形成机理和有效表征方法。基于散斑对比度分析法，对影响复合散斑对比度的4个重要因素，即入射光束的光斑直径，散射片与屏幕之间的距离，屏幕上粗糙散斑颗粒和屏幕表面的精细散斑颗粒进行了系统实验分析，并通过实验数据确定了这些因素与复合散斑对比度的函数关系。基于统计分析，研究了复合散斑的构成成份，提出了粗糙散斑颗粒与精细散斑颗粒对复合散斑的贡献模型，并通过实验验证了其可行性。实验结果为有效抑制激光投影显示中的复合散斑提供了实验依据。

基于微机电系统(MEMS)微加工技术和Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT)电光材料设计的一维二进制码相位调制器(1D-BPM)可用于激光显示技术中的散斑消除。建立了1D-BPM数学模型，推导出电极在PMN-PT片内产生的电场和PMN-PT折射率变化导致通过的光束相位变化的关系。采用有限元分析方法仿真了电极几何尺寸对相位的影响,发现当电极尺寸在亚微米级时，两电极间相位分布不仅依赖于电极产生的电场大小，而且受到电极几何尺寸的影响。电极角效应是器件设计及优化时需考虑的重要因素。