基于轴锥镜和瑞利-索末菲矢量衍射理论，对无衍射光的产生及产生后的光场进行详细的理论分析。采用数值模拟对两束无衍射光的空间光场分布和轴上光强分布曲线进行仿真，基于锥镜加工工艺，对锥镜的锥角和第一、第二轴锥镜出射后的光束进行光场分析。结果表明：当第一轴锥镜的锥角小于第二轴锥镜时，出射光束在干涉重合区的光强为两部分光场的耦合叠加，并产生新的无衍射光束；反之，出射后的两束无衍射光不重合，继续保持各自的无衍射特性。其次，出射光束沿垂直于传输方向上的横截面上呈同心圆环分布，且同心圆环的半径随传输距离的改变而改变。从理论和模拟上均实现了两束无衍射光束的强度分布、光束分布及圆环环径的可调，这对无衍射光束应用于大尺度空间精密测量、粒子微操纵等领域具有重要的指导意义。

在基于衍射光栅光波导的增强现实近眼显示设备中，光栅的占空比均匀性对成像均匀性影响很大。提出一种提升全息光栅掩模占空比均匀性的罗艾镜曝光系统，该系统采用移动挡板和改变干涉场光强的方法，来补偿全息曝光时高斯光束光强不均匀导致的光栅掩模占空比不均匀。实验中使用该方法制备的光栅，其占空比的极差相比用传统罗艾镜曝光系统制作的光栅降低了66%以上；制成的衍射光波导片的纯色屏幕的均匀性至少提升30%。

衍射光波导是目前主流的实现增强现实近眼显示的技术方案，具有眼动范围大、体积小、量产性好等优点。但衍射光波导的一些关键参数的评价指标尚缺乏统一的定义。详细介绍了衍射光波导方案的关键参数和测量方法，通过明确这些关键参数来考察衍射光波导的优势和劣势，从而充分挖掘衍射光波导的技术潜力，实现更好的产品性能。

利用空间光调制器可编程的特性，模拟周期、相位调制深度可调的数字正交相位光栅。在分析正交相位光栅结构的基础上，推导了其透过函数、远场衍射光场和衍射效率的计算方法，讨论了光栅周期T与相位调制深度?对正交相位光栅衍射特性的影响。仿真和实验结果表明：在0~π的相位变化范围内，零级光相对光强随着相位深度的增大而逐渐降低，8个1级光光强逐渐增强；当?=π时，零级光相对光强达到最小值0.25，此时一级光衍射效率最高为56.96%；在π~2π的相位变化范围内，零级光相对光强随着相位深度的增大而逐渐增强，而8个1级光光强逐渐减弱。该研究为正交相位光栅的应用提供了理论依据。

为了探索采用常规单模光纤制备弱反射光纤光栅的可行性, 以降低材料成本和传输损耗, 基于相位掩模板法, 在常规单模光纤上刻制弱反射光纤布喇格光栅(WFBG), 并进行了实验验证。建立相位掩模板刻栅系统光场统一方程, 分析光场分布对光纤布喇格光栅(FBG)中心波长和反射率的影响; 采用传输矩阵法分析相位掩模板长度、平均折射率变化对FBG反射率和3dB带宽的影响, 为WFBG刻制提供理论依据。采用248nm紫外准分子激光器在常规单模光纤上刻制WFBG, 分析相位掩模板长度、曝光能量、曝光频率, 曝光次数对WFBG中心波长、反射率和3dB带宽的影响, 制备出反射率和3dB带宽分别约为0.0016, 0.10nm和0.00006, 0.34nm两种窄宽的WFBG。结果表明, 基于相位掩模板法由紫外准分子激光对常规单模光纤多脉冲曝光, 能够稳定刻制WFBG。该研究对WFBG制备的材料选型提供了参考。

角反射器作为合作目标广泛用于激光跟踪、定位、测距等系统中, 其反射光远场强度分布对于合作目标的设计、激光雷达系统性能的理论计算都有重要意义。提出了一种可以快速方便地计算角反射器衍射光强的解析算法, 把角反射器有效反射区域近似为一个椭圆, 并利用复高斯函数分解法把椭圆区域反射波束表示为一系列椭圆高斯波束的叠加, 从而把角反射器远场衍射光场表示为一系列椭圆高斯光场的叠加。数值计算表明, 此算法造成的相对误差在较大入射角范围内都在5%以内, 是一种可行的快速算法。

点衍射干涉仪中小孔的对准情况直接决定小孔衍射光斑的形状及位置，也影响着后续光路的布置。基于瑞利-索末菲衍射理论，对非对准高斯光束入射下的小孔衍射光强分布进行了研究，给出了平移、离焦、倾斜三种对准误差下的光强分布解析表达式，分析得出了不同直径小孔在不同对准误差下的衍射光强分布情况。研究表明：平移对准误差会使衍射光斑形状发生变化，但对衍射光斑中心的位置没有影响，随着平移对准误差的增大，沿平移方向的第一暗环呈月牙状并逐渐消失；离焦对准误差对衍射光斑的位置和形状均无明显影响，但衍射光强值会随着离焦量的增加而减小；倾斜对准误差会使衍射光斑中心位置发生偏移，但衍射光斑的形状不会发生变化，并且偏移方向与斜入射方向一致，偏移量与倾斜角之间呈线性关系。

提出了在波矢k空间中设计衍射光波导片的相关理论, 系统仿真并研究了光线波长、光栅周期、光栅时钟角、波导基底折射率以及波导基底折射率色散对衍射光波导视场角以及相关设计参数的影响。设计结果表明, 当使用宽光谱光源时, 光谱带边缘波长的视场存在切割, 对显示效果影响不大, 衍射光波导片适用于宽光谱光源。波导基底折射率色散对衍射光波导设计的影响可以忽略。时钟角为40-270-140时, 各个光栅区域位置及尺寸合适, 适合于实际加工。本工作对衍射光波导的设计提供了积极的指导和借鉴。