基于扩展标量衍射理论，同时对于透射和反射的情况，考虑了入射光的方位角（即锥面衍射），推导了闪耀光栅任意衍射级次的相对衍射效率。证明在分别以平面和介质分界面为界对闪耀光栅运用扩展标量理论时，得到的相对衍射效率公式不同，但是得到的最优化深度和闪耀波长相同，并给出了相应的显式表达式。以特定参数的闪耀光栅为例，分别将两种相对衍射效率公式与严格耦合波理论进行了比较，结果表明，两种公式差距很小，且均和严格耦合波理论结果符合得很好。

四孔振幅调制波前传感器（FHAM-WS）在夏克-哈特曼传感器（SHS）的各个子孔径内引入振幅调制，实现了子孔径内波前斜率和曲率的测量。FHAM-WS的精密装调对于实现高精度的波前传感至关重要。利用标量衍射理论分析了FHAM-WS中的微透镜阵列装调误差在各个子孔径内引入的波前斜率和曲率测量误差。以该误差为输入，利用斜率和曲率混合波前重构技术，获得了微透镜阵列装调误差在整个波面测量结果中引入的像差。仿真分析了FHAM-WS中微透镜阵列的焦面偏移误差、倾斜误差在波面测量结果中引入的各类像差的灵敏度，建立了FHAM-WS的装调技术方案。利用FHAM-WS的零检验实验验证了所提方法的有效性，实验结果表明经过所提方法装调校准后，FHAM-WS的绝对测量精度能达到0.005λ（均方根，波长为λ=635 nm）。

基于菲涅耳标量衍射理论,推导了离焦状态下激光发射系统远场光斑分布的解析式,提出了一种基于相似度系数的采样间隔寻优法。用最佳采样间隔得到的数值仿真结果与解析计算结果的偏差小于0.04%。采用傅里叶变换法仿真了存在像差时的远场光斑分布情况,并分析了角位移、发散角、增益等关键参数对光场分布的影响。当激光波长为λ、指向允许偏差为3 μrad、中心增益裕量为3 dB时,基于公差分配理论得到离焦、倾斜、球差、慧差、像散的容差需分别小于等于0.36λ、0.07λ、0.43λ、0.13λ、0.5λ。

为了提高高光谱遥感技术的分析精度, 利用标量衍射理论, 对矩形光栅局部结构误差的衍射效率进行了分析, 并计算了光栅局部周期和缝宽误差对衍射效率的影响。结果表明, 当加工误差使得光栅局部缝宽变大时, 会造成光栅各主极大(除零级)衍射光强变小, 这一误差对±1级处的衍射光强影响相对较小, 随着误差的增加, 越高的衍射级次其光强下降得越快; 而当加工误差使得光栅局部缝宽变小时, 会造成光栅各主极大(除零级)衍射光强变大, 同样, 当误差变大时, 相对±1级的衍射光受到的影响而言, 级次越高对应的主极大衍射光强增大得越快。该研究对于加工矩形光栅减小局部周期和缝宽误差控制提供了参考。

建立了熔石英元件修复点交联分布数值模拟模型,利用标量衍射理论结合快速傅里叶变换算法,分析了351 nm激光辐照下修复区域对下游光传输的调制影响。研究结果表明,交联修复区域对下游光传输的调制主要受修复点间交联程度的影响,随着交联程度的增大,调制光场极大值迅速增大后快速减小,其分布位置先逐渐靠近后迅速远离修复元件出光面。光场调制随着传输距离的增大先快速增大后迅速减小。优化交联修复区域形貌结构参数可有效避免下游元件发生级联损伤。

计算全息图(CGH)在非球面、自由曲面等光学元件的高精度检测中发挥着重要作用。激光直写机床导轨的正交性误差会影响CGH 图案的绘制精度，进而在面形检测结果中引入像散误差。为定量研究激光直写机床导轨正交误差对CGH检测结果的影响，利用标量衍射理论，建立激光直写机床导轨角度误差模型，以CGH对准区域图案为例对机床导轨正交性误差的影响进行分析。实验结果表明在机床导轨正交性误差为800 μrad时的均方根（RMS）值、峰谷值（PV）值和Zernike像散系数与理论值分别相差2.26%、2.33%、1.72%，从而验证所建立误差模型的正确性。

利用严格傅里叶模式理论研究了不同基底折射率、入射角度、归一化周期、归一化沟槽深度对正弦型光栅微结构衍射效率的影响, 并分析了该光栅的衍射特性.基于标量衍射理论和等效介质理论, 分别计算了光栅周期远远大于和远远小于入射波长时, 正弦型光栅的衍射效率, 并与傅里叶模式理论的计算结果进行比较, 分析标量衍射理论和等效介质理论的有效性.结果表明：在垂直入射条件下, 当光栅基质材料折射率为1.5时, 标量衍射理论在光栅归一化周期大于5时, 能够准确计算光栅衍射效率, 误差小于3%; 当基底折射率增大到3.42时, 只有在光栅归一化周期大于10时, 标量衍射理论才有效, 误差小于5%; 当正弦型光栅透射光中只有0级衍射光传播时, 等效介质理论能够准确计算其透射率; 随着入射角度的增大, 标量衍射理论和等效介质理论的有效性都不同程度地降低.

建立了不同类型熔石英元件损伤修复坑形貌的三维模型，利用标量衍射理论并结合快速傅里叶变换算法研究了在351 nm激光辐照下修复坑形貌对光传输的影响规律。研究表明，无论是锥形、抛物形或是高斯形修复坑形貌，均会产生离轴位置的环形光场调制增强区，其环形调制极大值均主要受修复坑深度影响，随着修复坑深度的增大而增大，而其分布位置随着修复坑深度的增加逐渐靠近修复元件后表面，随着修复坑底面半径的增大而远离修复元件后表面; 同时，当修复坑深度与底面半径一定时，三类修复坑形貌中以抛物形修复坑形貌最为理想。

基于标量衍射理论,计算了熔石英亚表面高斯型修复形貌对于光场的调制，用Matlab对结果进行了仿真并与实验结果进行了比较。所得结果表明，二者有较好的一致性,一定尺度的高斯面型修复形貌会对光场产生调制，且调制度随光场传输位置变化，通过适当选择后续光学元件位置，可降低光场调制造成光学元件损伤的风险。

高功率毫米波回旋管输出的高阶模式不利于空间传输，必须进行模式转换。由于不便采用波导模式转换器，因此对内置准光模式转换器进行了研究。内置准光模式转换器由Vlasov辐射器、准抛物柱面镜和相位修正镜组成。基于标量衍射理论和KSA算法,编制了数值模拟程序，设计了相位修正镜。计算分析了参考平面处的场分布，表明该准光模式转换器的标量转换效率大于98%，矢量转换效率大于93%。计算结果表明，该方法可以高效地指导准光模式转换器的设计。