PSD具有位置分辨率高、灵敏度高、响应速度快、位置与光强同时测量、不受光斑约束等优点,特别适合作为非接触式传感器的检测装置。本文在分析浙江大学设计的基于PSD的光电式数字水准仪的基础上,提出设计基于PSD的激光坡度与指向装置。该装置由位置敏感探测器、半导体激光器、等腰直角棱镜、液体棱镜等组成,可实现水平或微小坡度的精确测量和定位,提高测量和调整的效率与精确度。本文介绍了基于PSD的激光指向和测量装置的测量原理及其组成,分析了装置的测量光路特性,计算PSD光敏面上光点的移动量与装置倾斜角之间的关系。分析了像方高斯束腰位置位于像方焦面、像方高斯束腰位置位于目标平面和像方高斯束腰位置位于像方焦面和目标平面之间3种不同准直方案的准直特性,从准直效果和成本方面综合考虑,选择像方高斯束腰位置位于像方焦面和目标平面之间、准直距离为2倍瑞利距离的设计方案。为了得到更好的准直效果,本文采用倒置离焦望远镜准直系统。通过傅里叶-贝塞尔变换计算高斯光束垂直入射环形光栅的夫琅和费衍射场分布,分析了其衍射远场光强分布的一般规律,并与平面波垂直入射环形光栅的衍射场分布进行了比较,为环形光栅的应用提供理论依据。