利用厚体布拉格光栅的波长选择特性对目标光场进行窄带滤波，是实现高光谱成像的一种新途径。基于严格耦合波理论，设计了体布拉格光栅结构，探索了厚体布拉格光栅的制作工艺，搭建系统光路验证了体布拉格光栅的光谱成像能力。研究结果表明：要获得较窄滤波谱宽，需要提高体布拉格光栅的厚度周期比，并严格控制入射光束发散角；刻写光束质量、震动和偏振会极大地影响制作的光栅条纹面质量，需要从优化写入光的光束均匀性、采用防震措施以及调整两刻写光束偏振一致性等方面优化刻写过程，以提高光栅的衍射效率和质量；验证了体布拉格光栅滤波片进行空间二维面阵成像的能力，宽谱光源透射条件下，通过对入射光束进行准直，滤波谱宽5 nm左右，空间分辨率约4 lines/mm；漫反射条件下，使用体布拉格光栅对进行色散补偿，能够实现较为清晰的成像，空间分辨率约4.9 lines/mm。

易燃易爆液体的实时、远程和动态探测对于保障公共安全具有重要意义，在公安、民航和海关等领域应用前景广阔。研制了基于液晶可调滤光片的近红外光谱成像系统，通过波长优选算法大幅降低了光谱通道数，有效提高了扫描成像速度和数据处理速度，可实现对低速运动的液体危险品的远程和实时检测。利用该系统开展了不同环境下对易燃易爆液体的检测实验，结果表明该系统对静态目标检测精度为100%，对速度小于0.2 m/s的运动目标检测精度高于95%。

机载偏振成像是未来遥感探测领域的重要研究方向之一。首先基于液晶双折射率效应完成了高精度液晶偏振控制器研制，并对其偏振调制精度进行标定；然后利用液晶偏振控制器搭建了高精度小型机载偏振成像系统，并基于小型固定翼无人机完成了系统的搭载飞行测试和目标识别探测试验。试验结果表明，液晶偏振控制器的Stokes偏振参数调制精度优于98%，利用液晶偏振控制器搭建的小型机载偏振成像系统可有效抑制背景干扰，提高低对比度目标的轮廓提取能力和目标识别能力。研究成果为偏振成像技术在目标侦察、环境监测、农作物普查等方面的应用提供了一种有效的技术途径。

为了在有限带宽内增加参与谱合成的光束数目, 研究了光栅结构参数对光栅波长选择特性和串扰的影响, 给出了相应的优化设计方法。研究结果表明, 相比于透射式体全息光栅, 反射式体全息光栅的波长选择性曲线主瓣具有接近方波的形态, 更适合作为合束器件。为抑制串扰, 设计体光栅时应该增加光栅厚度, 减小折射率调制度和光栅周期, 并选用较小折射率的光栅介质。切趾技术可以进一步抑制串扰, 但会增加波长选择宽度, 实际中兼顾制作工艺的难度, 选用线性切趾体全息光栅是较为理想的方案。

提高各通道输出光信噪比，进行了复用体全息光栅的优化设计研究。推导了适用于角度放大器的多路复用体光栅耦合波理论，并与单路耦合波理论进行了比较。针对复用体光栅中的串扰问题，研究了调整光栅结构参数优化串扰的规律，并进行了实验验证。研究结果表明: 当相邻两路体光栅的布拉格角间隔小于二者角度选择半宽之和时，相互间串扰较强，必须使用多路耦合波理论描述复用体光栅中波的衍射行为。调整相邻路体光栅的矢量倾斜角间隔、减小光栅周期和增加光栅厚度都可以降低串扰，其中调整矢量倾斜角和光栅周期优化效果明显但会降低角放大率，增加介质厚度不影响角放大率但需要厚度增加数倍才有效。

为了扩展光学相控阵的角度扫描范围，设计了基于体全息光栅的放大级，研究了光栅结构参数及其制作误差对性能的影响规律，提出了容差优化方法。研究结果表明：光栅厚度和折射率调制度是影响衍射效率的主要参数，光栅周期和光栅厚度是影响角度选择性的主要参数。光栅出入射角由光栅周期和光栅矢量倾斜角决定，在保持角放大率不变时，可以通过在出入射面内旋转介质调节这两个参数。实际制作中，光栅周期误差和光栅矢量倾斜角误差会导致衍射角偏离设计值，读出光波长越长，光栅周期误差的影响越小；光栅后面介质折射率越高，光栅矢量倾斜角误差影响越小。增加光栅厚度设计值可以减小光栅厚度误差对衍射效率的影响，而减小光栅厚度设计值可以减小折射率调制度误差对衍射效率的影响，实际制备时，需结合系统需求进行综合设计。