提出了一种基于Fraunhofer衍射理论的燃烧颗粒粒径在线测量方法。根据固体推进剂药条燃烧火焰辐射光谱特性,选取450 nm蓝紫光激光器为光源,采用450 nm滤波探测方式消除固体推进剂燃烧的自发光辐射影响,搭建了固体推进剂药条燃烧颗粒粒径的在线测量系统。并利用10.9 μm标准颗粒、160 μm标准颗粒、及混合标准颗粒系对该系统开展粒径测量验证。燃烧实验的结果表明,固体推进剂药条燃烧颗粒的粒径约为10 μm和160 μm,呈双峰分布特征,数目分布主要集中在160 μm左右,随着药条燃烧时间增加,10 μm附近颗粒数量增多,160 μm附近颗粒数量减少。对于同一燃速下的固体推进剂,初始测量高度越高,燃烧颗粒的粒径越小。在初始测量高度相同时,不同燃速下燃烧颗粒的平均粒径相差不大。这些结果为固体推进剂燃烧过程研究提供了参考。

在基于线阵CCD的夫琅和费衍射颗粒粒度测量中, 采用Chin-Shifrin积分变换反演算法使得反演的粒度分布出现假峰现象.为解决此问题, 提出在该Chin-Shifrin积分变换反演算法中引入矩形窗函数, 并在分析颗粒粒径与衍射光强导数最小值之间关系的基础上, 确定矩形窗函数中心点位置及左右边界, 利用该矩形窗函数对粒度分布进行截断处理, 消除虚假峰, 提高反演颗粒粒度分布的准确性.分别对两种标准颗粒进行了测量, 并对不同算法的反演结果进行了对比.实验结果表明: 引入矩形窗函数的改进Chin-Shifrin算法, 能够有效排除粒度分布中的多假峰; 粒度分布测量相对误差小于3%, 重复性小于4%.

提出了一种可用于四波横向剪切干涉波前检测的随机编码混合光栅。由期望得到的四波前衍射频谱出发，根据夫琅禾费衍射原理并结合光通量约束的随机编码方法得到了由振幅编码光栅和棋盘式相位光栅构成的随机编码混合光栅，与改进的哈特曼模板(MHM)相比，其衍射场中只有四个级次，更好地实现了四波横向剪切干涉。分析确定了入射光束口径、光栅栅距以及观察距离等系统参数。分别给出了随机编码混合光栅和MHM 的远场衍射光场分布及四波横向剪切干涉图，对比发现随机编码混合光栅的远场衍射光场中只有四个等光强的光斑存在，其四波横向剪切干涉图稳定，可以实现任意畸变的波前检测。

介绍了光学相控阵光束偏转技术的基本原理，根据夫琅和费衍射与傅里叶变换理论建立了光学相控阵模型，针对光学相控阵参数对偏转效率的影响进行了仿真分析。仿真结果表明，相控阵单元数量对偏转效率的影响很小，而增大相控阵填充率，减小相控阵单元总体尺寸，减小偏转角度，则可以有效地提高光学相控阵的偏转效率。

近年来在光信息技术和计算机等技术的推动下，三维显示技术发展迅猛。全息技术由于能满足人眼各种视觉效应而备受关注。计算全息作为全息技术和计算机技术的结合体，能灵活地将存储于计算机内部的物体数据通过光学手段进行重现。然而，计算耗时、再现可视角过小成为了其发展的两大制约因素。通过证明夫琅禾费计算全息能应用于菲涅耳区域的三维显示，系统地介绍了自主开发的空域夫琅禾费计算全息方法，并以该算法为基础，进一步解决了面编码相息图中若干问题，如明暗、遮挡、纹理等。同时，利用等效弧形阵列原理，搭建了一套时空复用的4f光学系统，提高了空间带宽积，实现了宽视角全息三维成像。研究成果能直接移植到三维场景的计算和大型的数据源，为高分辨率动态全息三维显示发展提供了坚实的理论和实验基础。

直视合成孔径激光成像雷达（SAIL）中，在发射端主镜的后焦面，两个同轴反向扫描正交偏振发射光束需要具有空间抛物波前相位波前差。采用自差接收探测和相位复数化处理，在交轨向产生与目标点横向位置成正比的线性项调制，在顺轨向产生与目标点纵向位置成中心的二次项相位历程，成像原理分别采用傅里叶变换和匹配滤波聚焦成像。提出了一种新的双面反射镜旋转发射结构，实现了同轴正交偏振的双光束，在交轨向对远场目标反向扫描且速率相同，同时通过柱面镜控制顺轨向光束相位变化。基于傅里叶光学理论和数学近似，理论分析和公式推导双面反射镜的放置位置对内发射光场分布的影响。建立了物理模型，数值模拟正交偏振双光束在发射端衍射到内发射场物理过程，给出光场强度和相位分布，并且和解析分析结果作对比，给出误差分析和结论。

为了分析拓扑电荷数以及相干性对部分相干涡旋光束的影响,利用部分相干光的统一理论和惠更斯-菲涅耳衍射原理,推导出随机电磁涡旋光束在自由空间中传播时,尤其是部分相干涡旋光束经圆环衍射后光强的计算公式,研究了部分相干涡旋光束通过圆环后的夫琅和费衍射特性。通过理论分析与数值计算表明,部分相干涡旋光束经圆环衍射后的光强分布情况与入射光的相干度、入射光束的拓扑电荷数、衍射孔径的大小等因素有关。当入射光束的拓扑电荷数越大,相干长度越长,衍射孔径越小时,衍射光束的光强分布会更加清晰,衍射效果也更加明显。

基于圆孔衍射原理, 通过对菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射特性的对比分析, 综合圆孔夫琅禾费衍射光强艾里斑分布特征, 提出了一种基于夫琅禾费衍射的激光束散角检测方法, 通过布设激光靶对激光远场光斑进行采集、分析、处理, 得到激光器关键性能参数束散角的实测值。测量结果表明: 采用该方法可获得较高的检测精度, 并对影响测量精度的因素进行了分析, 该方法可为激光器束散角外场检测提供科学指导。