本文通过将聚合物分散液晶膜包裹在固定曲率半径的聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate, PET)软膜内, 通过平面波干涉的全息技术, 制作了一种柔性曲面全息光栅。文章研究了柔性曲面全息光栅的衍射再现特性。使用微元法以及耦合波理论研究推导了柔性曲面光栅在曲率改变时的衍射特性公式。提出以柱面波再现曲率变化时的柔性全息光栅, 以实现最佳衍射效果再现, 论文推演了相关技术参数, 如柱面波焦点位置, 柱透镜焦距与衍射横向放大关系率等。在曝光时间为70 s和曝光强度为30 mW/cm2的条件下, 制备了中心衍射效率为88%的柔性光栅。实验通过改变柔性光栅的曲率半径和使用柱面波再现, 实现了理论计算的衍射横向放大率特性。

基于DMD的目标模拟器应用于长波红外波段(8~12 μm)时, DMD的衍射效应对系统的成像对比度造成较大影响。为使系统获得高对比度的红外图像, 需要对DMD的衍射特性进行分析。首先根据DMD的结构和工作原理, 将DMD等效为一特殊的二维闪耀光栅, 并利用光栅衍射理论和傅里叶变换, 推导出DMD二维光栅衍射模型; 然后利用MATLAB对DMD在8~12 μm波段的衍射模型进行仿真计算; 最后对仿真结果进行了实验验证。通过仿真计算和实验分析得出结论: 基于DMD的目标模拟器应用于长波红外波段时, 照明光束需要选取合适的入射角; 当入射空间方位角为0°, 入射天顶角为44~48°时, 目标模拟器生成的红外图像对比度达到最佳,系统成像质量最好。

通过分析仿生蛾眼抗反射阵列周期对反射率和透射率的影响,获得了波长与周期之比与反射波能量和零级透射波能量直接相关,分界线符合±1级衍射倏逝条件。在亚波长区具有低反射率和低零级透射率,而在小周期区具有低反射率和透射率。并且通过引入微结构顶面与底面直径之比圆锥度系数概念来表征微结构形状,从而能够分析圆锥形、圆台形、圆柱形仿生蛾眼微纳结构之间不同形状过渡的变化趋势,进而实现了制备微纳结构形状的误差分析。

采用光束传输法分析了横向啁啾体布拉格光栅的衍射特性，实验研究了横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器的功率特性、光谱特性和波长调谐特性，数值计算和实验结果表明：横向啁啾体布拉格光栅的峰值衍射效率随着入射光束在啁啾方向上尺寸的增大而降低，光谱选择宽度随着入射光束在啁啾方向上尺寸的增大而增大；当横向啁啾体布拉格光栅的啁啾方向与二极管激光器的快轴方向一致时，外腔二极管激光器的外腔效率为85%，在808.05 nm 处的输出激光光谱宽度为0.27 nm；当横向啁啾体布拉格光栅的啁啾方向与二极管激光器的慢轴方向一致时，外腔二极管激光器的外腔效率为89%，在808.05 nm 处的输出激光光谱宽度为0.3 nm，两种外腔激光器都较好地实现了约15 nm 波长调谐范围，且在整个调谐范围内输出功率波动范围分别小于1%(快轴方向一致)与1.5%(慢轴方向一致)。

PGP模块是超光谱成像仪中重要分光器件。 为了能够在制作前有效预测PGP整个系统的衍射效率分布及其衍射特性, 提出了PGP整体化设计方法。 从体位相全息光栅设计角度出发, 结合棱镜与光栅各项参数的制约关系, 编制了计算PGP整体衍射效率的分析软件, 综合考察了棱镜与光栅各项参数对PGP模块衍射特性的影响, 讨论了光栅布拉格波长的漂移特性, 据此设计了一种用于成像光谱仪的宽波段高衍射效率PGP分光模块。 模拟结果表明: 棱镜1材料的色散系数越小, PGP的光谱带宽越窄； 光栅布拉格波长的漂移增大了PGP模块和光栅的光谱带宽, 带宽增大使光栅的角度选择性随之增大, 拓宽了棱镜1材料的选择要求； 棱镜1顶角、 光栅的胶层厚度和相对介电常数调制度等参数是影响PGP衍射效率分布的重要因素, 制作时需要精确控制。 利用此方法设计的PGP分光模块在400～1 000 nm波段范围内衍射效率不低于50%, 并给出具体设计参数, 这对PGP制作具有一定的参考价值。

通过引入介电常数与吸收常数随膜层厚度非均匀变化函数来计算非理想调制轮廓体全息光栅的衍射效率，分析其衍射特性。根据Kamiya严格的分层计算方法，推导出了非均匀混合调制轮廓等非理想情况下的二阶耦合微分方程，据此考察了吸收常数及其调制度变化时光栅各级次衍射光的衍射特性，分析了衰减系数及相位振幅光栅异相等因素对光栅角度选择性的影响，给出光栅衍射效率对几何分层的响应程度。通过与Kogelnik和Sabol的计算方法对比，进一步论证了严格算法的准确性。结果表明，光栅衍射效率峰值随吸收常数、衰减系数及相位振幅光栅之间相位差的变化而变化；吸收调制度会小幅度增加效率峰值，但因吸收常数的存在，整体效率不高；分层数对光栅角度选择性和角谱宽度影响较小，分层数与衍射效率的收敛性表明取20层较好。该工作对非理想调制轮廓的体全息光栅衍射效率计算及其特性分析具有一定的参考价值。

通过引入膨胀因子随光栅胶层厚度的变化函数来研究在非均匀膨胀和收缩情况下反射体全息光栅的衍射特性。根据Kamiya严格的分层计算方法，借用Lorentz-Lorenz公式，推导出了平均折射率和折射率调制度的解析表达式，据此考察了膨胀因子以定值、线性函数、非线性函数变化时光栅+1级衍射光的衍射特性，分析了平均折射率和折射率调制度在理想情况和衰减分布时对光栅角度和波长选择特性的影响程度。给出了胶层厚度及光栅周期与曝光和未曝光区域膨胀因子的函数关系，讨论了光栅衍射效率对膨胀因子变化的响应程度。结果表明，膨胀因子的非均匀分布令光栅衍射效率曲线出现非对称分布；相比于折射率调制度，光栅布拉格角度对平均折射率变化较为敏感；曝光与未曝光区域膨胀因子会影响衍射效率峰值、光栅角带宽和波带宽。该结论对反射体全息光栅曝光后水浴膨胀与脱水收缩等工艺具有理论指导意义。

研制了一种基于微光机电系统(MOEMS)技术的新型微型可编程光栅周期可调光栅。该光栅采用玻璃体上硅(SOG)加工工艺, 静电梳齿驱动, 具有操作简单、连续可调和宽调制等特点。该光栅在静电驱动力的作用下, 周期的变化引起特定级次下单色光衍射角的变化及复色光光谱的偏移。针对该光栅的衍射特性, 设计及搭建两套光学系统, 根据光栅结构设计参数的理论计算与测量结果基本一致, 充分表明该光栅能对光具有良好的调制作用。为该器件在微型光谱仪和光开关的应用提供了技术参考。