本文设计了一种新型全息光学测头，这种测头通过新型全息光学元件（ＮＨＯＥ），将被测表面的两个测点的信息综合在一个接收器上，利用自补偿原理，消除了被测表面相对光轴倾斜对测量结果的影响。

为了减少二元光学元件设计的计算量并提高设计精度，在对现有算法机理进行深入分析的基础上，提出了适用于二元光学元件设计的两步模拟退火法．该算法在整个退火过程中采用先量化后优化的策略，并将优化过程分为两个阶段：搜索并锁定最优解区间；快速收敛到最优解．模拟实验显示，与传统设计方法相比，该算法不仅保持了全局寻优的特点，而且提高了稳健性和效率．算法剔除了对设计结果影响较大的量化误差，提高了设计精度．用此法实例设计了单焦面辐射聚焦元件，得到了与目标图像一致的光学实验结果．

为了对透射型非球面镜的面形进行有效测量,提出采用计算全息干涉测量技术,用马赫-泽德干涉仪进行透射非球面镜测量,分析并推导了检测非球面用的计算全息的相位函数,并用Zernike多项式拟合计算全息,直接给出计算全息干涉图样,最后用ZEMAX光学设计软件对整个光学测量系统进行仿真分析与测试.仿真结果与实际的测量结果对比表明,用本文的方法可以对非球面透镜进行高精确度、低成本的测量.

为了能够利用ZYGO数字干涉仪检测大口径深度高次非球面,提出了一种新的波前补偿方法,即透镜补偿与计算全息相结合.通过设计实例表明,对于相对孔径为11.08的大口径深度高次非球面,利用简单的2片式透镜补偿器、并与计算全息的-1级衍射波相结合,系统的波前残余误差的均方根(RMS)值可以控制在0.01λ以内.结果表明,该检测方法具有通用性强,测量精度高等特点,较好的克服了以往各种检测方法的局限性.

提出了一种基于液晶空间光调制器和计算全息技术的合成全息显示新方法。由计算机设计三维物体模型并获取带有视差信息的系列二维体视数字图像,通过计算全息方法对每一幅二维图像计算得到相应的全息图,再现时将左右眼视图对应的全息图同时输出到两个空间光调制器进行实时光电再现,并使再现像的位置符合人眼双目观察需要,计算机控制不同视角全息图顺序输出,从而实现合成全息立体显示,同时可观察合成全息动感,而观察者位置不必移动,与传统的合成全息显示相比操作灵活,易于控制。在实验中用液晶背投影光学引擎系统设计了硬件实验系统,设计了相关的控制软件,并给出了实验结果。