将衍射光学元件应用于非制冷热像仪的大相对孔径红外镜头与传统设计相比,衍射光学元件的引入,增强了此类镜头的色差校正能力,提高了镜头的成像质量,提高了镜头的透过率,减少了光学零件的数量,减轻了系统重量,为提高非制冷热像仪的性能奠定了坚实基础.本文在色差、成像质量、系统透过率与MRTD方面比较了不同结构镜头的性能.

基于光传输的多叉树原理，研究了用于惯性约束聚变的高功率激光装置终端光学系统中多级衍射和多次反射杂散光与鬼点分布，根据光线经色分离光栅的传播规律进行了实际鬼光路计算，对聚焦透镜、色分离光栅、防护片组成的光学系统产生的杂散光及会聚鬼点进行了全面分析，得出三次谐波鬼点620个，二次谐波和基频光的会聚鬼点相对较少。分析表明非球面的一次反射鬼点最具威胁，大角度衍射和倾斜平面反射使大量鬼点向系统外部移动，并增大鬼光束的像差，减小其危害。这种方法可以以动态数据结构捕捉全部鬼点，并获得鬼光束结构。

<正> 以往的成像光学系统是由具有不同分散特性的多个透镜构成,要减少色像差,就必须减少透镜个数、小型化、降低成本。本文主要介绍通过将衍射光学元件和非球面透镜一体化设计、及对衍射光学元件的形状最佳化设计,实现了在可见光范围具有消色差功能、且

论述了衍射光学元件的环境温度特性实现光学消热差和消色差的原理和设计方法.给出了3～5 μm波段,焦距70.3 mm,F数为2的在-40～60℃温度范围内实现消热差的折衍混合红外光学系统的设计方法和评价结果,同时为了比较设计了一个与折衍混合系统性能参数一样的全折射系统,比较结果发现折衍混合系统比全折射系统具有更优良的光学性能.它能减小色差,成像质量高,体积小、重量轻,并且在要求的温度范围内性能稳定,使得衍射光学元件在光学领域中有更广泛的应用.

提出了一种设计长焦深小焦斑衍射光学元件的方法．该方法采用ZEMAX光学设计程序，利用能量守恒原理求解目标函数，并综合考虑焦斑大小保持不变的要求，对目标函数进行了修正，通过修正后的函数来约束输出光束在焦深范围内的轴上位置，从而完成衍射光学元件的相位优化，并求得相应的工艺参数．该元件不但可以使激光束具有长焦深和小焦斑，而且还具有可加工性．焦深范围能达到2mm，焦深范围内光斑半径在5．32～10．48μm变化，与相同参数的传统光学元件相比，焦深增加了8倍，焦斑半径变化很小，而普通光学元件在此范围内最大焦斑半径达到102．9μm．该方法为长焦深元件的设计、加工与制造提供了可行方案．

为改善传统球面微光夜视系统结构复杂、镜片数较多的特点，将衍射光学元件引入传统球面物镜中，在符合成像质量要求的情况下，设计出一套用于微光夜视仪的折／衍混合物镜光学系统．该物镜视场为40°，相对孔径为1／1．19，包含三个衍射面，并将传统球面系统透镜数减少了2～3片，仅由5片组成，在空间频率为40lp／mm时，轴上传递函数可达0．89，轴外可达0．43．

提出了一种新型的衍射光学元件－一位相型零轴辐射波带片，用计算机模拟和实验分析验证了该元件的衍射特性，这种元件能实现光轴上任意点光强为零，可应用于高精度光学准直。

提出了一种基于遗传算法的衍射光学元件优化设计方法;在衍射光学元件设计中遗传算法运行参数对遗传算法性能有一定的影响采用较大的群体规模,遗传算法越容易获得最优解;交叉算子越大,遗传算法全局搜索能力越强;选择算子对遗传算法的影响不是太大;如果要进一步提高解的精度,可选取较大的终止代数.数值计算结果表明,用遗传算法优化设计的衍射光学元件,其误差小于5.2%,衍射效率达到91.2%.遗传算法很适合衍射光学元件的优化设计.

衍射光学元件的衍射效率是其在设计和应用时需要重点考虑的因素.用标量理论的方法分析可以得到较高的理论衍射效率.然而,标量理论所作的假定限制了其在高频衍射结构中分析结果的精确性,制作上的局限也降低了实际可能的衍射效率.讨论了标量分析的方法,并说明了怎样结合设计实际来实现对衍射效率的提高.

讨论了分数傅里叶变换与菲涅尔衍射的关系,提出球面衍射过程就是一种具有尺度因子的分数傅里叶变换,并应用分数傅里叶变换进行衍射光学元件的设计.