以双向误差扩散算法为基础，通过分析图像振幅分布与生成全息图的关系，建立了全息图误差补偿模型，提出了一种新的纯相位全息图生成方法。首先通过误差扩散模型，计算出复振幅全息图与振幅置1的纯相位全息图的误差，通过对该误差进行误差扩散生成新的纯相位全息图。利用新的纯相位全息图与复振幅全息图计算新的误差，进行第二次的误差扩散，得到最终的纯相位全息图。采用定性和定量的指标来评价仿真成像质量，仿真及光学实验结果表明，改进后的方法能够有效提升再现像的质量，为纯相位全息图制作提供一种新的方法。

深度分割复用（DDM）是一种常用的生成彩色纯相位全息图的方法，在重建单个彩色图像时能够取得良好的效果，但是在重建多平面彩色图像时，会不可避免地出现再现质量差和串扰的现象。提出一种基于时分复用生成多平面彩色纯相位全息图的迭代方法，该方法基于Gerchberg-Saxton（GS）算法，在记录全息图时，对每个通道平面施加幅度约束，重复此过程，彩色图像的红（R）、绿（G）和蓝色（B）通道信息被分别记录在三个纯相位全息图中。在再现时，RGB三色通道在相同的距离处重合，重建出目标彩色图像。展示了1幅、3幅和5幅彩色图像的重建结果，与DDM方法相比，所提方法明显提高了重建彩色图像的质量水平，有效避免了不同通道平面之间的串扰。数值模拟和光电再现均证明了所提方法的有效性。

为了进一步探索高阶和分数阶涡旋光的高效产生方法, 利用相关计算程序模拟了涡旋光相位全息图, 搭建了相位全息法产生涡旋光的光路, 研究了整数和分数阶涡旋光的光场分布特点。实验结果表明: 当产生轨道角动量拓扑荷数l=1~200整数阶的涡旋光时, 涡旋光束图的中心暗斑在一定范围内会随拓扑荷数的增大而增大, 超过一定数值范围后, 受限于仪器参数的涡旋光质量会降低; 当产生l=8.1、8.4、8.8分数阶的涡旋光时, 涡旋光相位出现分数分布, 径向缺口随分数阶拓扑荷数增大而逐渐向整数阶演化。

纯相位全息图因无共轭像、衍射效率高，在全息三维显示中得到广泛应用。迭代算法因计算灵活、编码图像重建质量高，在纯相位全息图生成中具有重要地位。对基于迭代的生成纯相位全息图最新算法进行比较研究，介绍迭代算法生成纯相位全息图的基本原理，编程实现了典型代表性、创新性算法。通过图像重建质量、耗时长短的对比，进行了详细的实验研究，分析了各类方法的特点和优缺点。结论表明，对于较大像素差的图像，选用直方图补偿算法可得较好的效果，对于高重建质量的图像，可选用自适应加权Gerchberg-Saxton算法。

传统的纯相位全息成像方法，大多数依赖于高强度的迭代，耗费时间长，成像质量不高，针对此问题，提出了一种深度学习与分层角谱结合的纯相位全息图生成算法，在快速生成全息图的同时提高了全息图再现质量。通过LeNet网络结构预测三维物体的复振幅信息，降低了计算量，采用精确的角谱算法生成三维物体的高质量纯相位全息图。通过仿真实验证明该算法的可行性，并有效提高了重建图像的质量。

近年来得益于光学、电子和计算机等各项技术的进步以及新算法的不断提出, 计算全息技术飞速发展。由于现有液晶空间光调制器对于纯相位全息图具有更高的调制能力与衍射效率, 纯相位全息图优化算法一直以来是一个研究热点。本文回顾了计算机生成全息图的发展历程, 并按照迭代方法、非迭代方法以及其他方法为分类标准, 对纯相位全息图生成与优化算法进行了总结。各种传统方法可以满足不同的计算耗时与重建质量要求, 深度学习、维尔丁格流等方法为纯相位全息图优化带来了新的思路, 这些工作都有利于实时、广视场、高质量全息三维显示的早日实现。在未来, 由三维物体图像生成曲面纯相位全息图(如柱面全息图和球面全息图)的优化算法值得进一步研究。

飞秒激光通过高NA值的物镜进行表面微加工时，过短的焦深会影响加工性能。分析了高倍物镜所带校正环对焦点的离散作用，提出了一种利用空间光调制器(SLM)进行全息散焦控制的方法。通过改变衍射轴锥镜(Axicon)计算机生成全息图(CGHs)中环形闪耀光栅的周期，来进行散焦控制以形成长焦深。焦点轴向强度分布以加工于聚酰亚胺薄膜(PI)表面微孔的形式表示，其分布与仿真结果一致。使用0.6 NA的40倍镜进行散焦加工，当环形闪耀光栅最小环周期为200 μm，并由内向外以400 μm递增时，可获得50.90 μm的均匀焦深，是直接使用高倍物镜聚焦进行加工所获得的6.15 μm均匀焦深的8.28倍。此外还通过SLM与校正环进行复合散焦加工，进一步均匀化了整个焦深区域。

提出了一种基于角谱衍射理论的误差扩散算法。通过分层角谱算法计算得到三维物体的复振幅全息图,利用误差扩散法计算得到纯相位全息图,并重建出清晰的再现像,实现了对三维物体纯相位全息再现像的散斑噪声的抑制。仿真实验验证了该方法的可行性及优越性,所提方法明显提高了重构图像的质量。

为了消除多级像和零级光的干扰,提出了一种单透镜结构的系统,获得了单一无扰的再现像。 使用Gerchberg-Saxton(GS)算法获得菲涅尔全息图,预先叠加倾斜平面波相位至菲涅尔全息图上,使再 现像移至中央位置。用成像透镜将空间光调制器(SLM)后方的虚像成像至前方,同时在成像透镜后方放置 空间滤波器,滤去多级像和零级光。调整透镜与SLM的位置可方便调整再现像的大小和位置, 缩短了光学系统的长度。利用虚像的方法为基于液晶SLM的计算全息显示提供了新的思路。

全息激光投影技术相比传统图像显示技术有突出的优势。作为全息激光投影技术的关键图像处理算法——相位恢复算法，算法的收敛速率和精度都有待提高，在实际计算中它们的效果不够理想，甚至不能保证迭代过程总收敛到正确解。基于此，本文提出了基于并行结构的相位恢复算法(PGSGA)。该方法思路是对多个初值进行并行运算，不断“筛”出最优结果来对GS算法进行加速。仿真实验证明，该算法在收敛速率和恢复的灰阶图像质量等方面具有优越性。