体全息光栅由于具有灵敏的布拉格角度和波长选择性等诸多优点，成为了全息数据存储和多功能三维光学集成系统的首选研究对象。三维光学系统能够直接处理多维光学数据，具有光学并行传播和处理、光学的无干扰交叉传输、光束三维传播自由度以及空间和频率的多维复用等优点。如何充分发挥光学系统的优越性，制作小型化和全光化的光集成器件和系统，是目前国内外在光学信息处理和光通信领域中研究的前沿课题。本课题组一直从事衍射光学的性质、空间局域光折变体全息记录和固定方法、局域体全息三维光学系统微集成等方面的研究。本论文在课题组的前期工作中进一步研究和讨论了变波长读出局域体全息光栅的衍射特性，探索了局域体全息在集成光学器件方面的应用。主要内容包括：　　 (1)根据两光束的耦合波理论模型，研究了用波长为632.8nm的两平面光束记录全息光栅，而用波长为1550nm的光束读出情况下，用于90°结构垂直读出平板型的光折变局域体全息光栅的衍射特性。分析了此局域体全息光栅的几何尺寸对其衍射效率和布拉格选择特性的影响。这些讨论对于局域体全息光栅的进一步应用有重要指导意义。　　 (2)利用体全息的两维耦合波理论，研究了用波长为632.8nm柱面波与平面波在LiNbO3双掺杂晶体中干涉形成全息柱透镜，而用波长为800nm的平面波重现下的衍射特性。给出了耦合波方程的积分形式的解析解，分析了改变读出波长情况下全息柱透镜的布拉格失配因子。进一步讨论了它的几何尺寸和记录柱面光波对其衍射效率的影响，以及出射面上柱面衍射光振幅的分布情况。此外，文中还讨论了该全息柱透镜记录过程中满足布拉格匹配条件的参考点的选择对其衍射性质的影响，以及变波长读出此全息透镜的聚焦性质。最后，利用体全息一维耦合波理论分析了全息柱透镜的变波长衍射特性。两种方法分析的全息柱透镜变波长衍射的衍射效率与记录条件、透镜尺寸等参数之间的关系变化趋势相符合。这些理论分析和讨论为实际设计制作这种类型的体全息柱透镜及其进一步应用于三维光学系统的微结构集成技术提供了坚实的基础，具有十分重要的理论参考价值。　　 (3)研究了由平面波和球面波在LiNbO3双掺杂晶体平板中形成的体全息板型透镜变波长读出下的波前转换。利用一维耦合波理论分析了该全息透镜变波长读出时的布拉格失配分布以及该全息板型透镜的衍射特性，并讨论了该透镜变波长读出过程中的聚焦特性。这些分析为设计制作具有变波长读出能力的光折变全息板状透镜及其相关器件提供了理论依据，扩展了光折变体全息板型透镜在光电集成系统，激光收发系统中的应用。另外，在本课题组早期设计的光折变体全息板型透镜的基础上提出来了一种紧凑结构光折变体全息透镜。此透镜利用全反射原理使两光束在晶体内以较小的角度干涉形成全息光栅。具有较高的衍射效率和灵敏度，同时也实现了在一小体积晶体内转换光束方向并聚焦。其体积小重量轻，结构简单可靠，衍射效率高，抗干扰能力强。　　 (4)以解决双折射材料中各向异性体光栅衍射的耦合波理论为基础研究了基于铌酸锂(LiNbO3)晶体的分层全息光栅的各向异性衍射特性，讨论了分层全息光栅的周期性角度选择性与光栅层数、光栅的厚度与隔离层厚度之间的关系。为基于光折变晶体的分层全息光栅的光学元件的进一步应用提供了理论依据。