采用遗传算法优化设计了宽波段低偏振高反膜,实现了反射式望远镜在不同波段的偏振像差校正。利用偏振像差函数分析了金属膜和低偏振膜对卡塞格林望远镜偏振像差的影响。仿真结果表明,镀低偏振膜的望远镜产生的二项衰减像差略小于镀铝膜的情况,而相位延迟像差下降明显,在355,532,1046 nm波长处分别降低了1.13°,1.00°,0.68°。最后,根据望远镜的Mueller矩阵与大气退偏参数的关系计算了不同波段和视场条件下所选膜对退偏参数误差的影响,结果表明,校正望远镜偏振像差后退偏参数的测量精度会提高。

基于S波片和双延迟器的偏振特性, 提出了一种矢量光场的生成及偏振调控方法, 该方法能够将标量高斯光束转换为偏振态分布可调谐的矢量光束。结合Stokes-Mueller矩阵算法, 建立了矢量光场偏振调控的数学模型, 并仿真计算出标量高斯光束经过S波片和双延迟器(包括双1/4波片和双1/2波片两种情况)后的偏振态空间分布。讨论了双延迟器相对旋转时光场偏振分布的演化规律及机理, 实验结果与数值仿真结果相互吻合, 表明该方法可以实现对标量相干光场的复杂偏振调控, 验证了理论分析的正确性和该方法的可行性。

深紫外光刻投影物镜是光刻机的核心部件, 然而无论是照明光场偏振态的空间分布, 还是光刻投影物镜自身的偏振像差都将改变光束的紧聚焦特性, 对成像质量造成不可忽略的影响。基于三维琼斯矩阵, 把偏振像差函数推广到三维空间, 建立了三维相干光场中偏振像差的评价方法, 并分析了典型的偏振敏感光学系统——深紫外光刻投影物镜的三维偏振像差, 详细阐述了其物理意义。研究发现: 三维偏振像差函数的光瞳分布与视场、光学薄膜以及光学系统的自身结构密切相关。深入讨论了光学薄膜及偏振效应对光刻投影物镜成像质量的影响, 进一步研究了照明光场的偏振态分布与光学系统波像差的关系, 研究表明: 光学薄膜引入的附加位相将导致光刻投影物镜的像质明显下降, 而采用径向矢量光场照明可以改善成像质量。

针对国家电网系统在防污闪工作中, 无法在线测量电气设备爬电距离的现状，基于双目立体视觉研制了一种高压绝缘子爬电距离的带电检测系统。提出了利用圆锥面离轴反射镜产生线结构光的方法。利用窄带滤光片增强了线结构光在图像中的对比度，并结合最大类间方差法和灰度重心法对图像进行自适应阈值分割，实现了特征点的自动提取，解决了强太阳光和复杂背景对特征点提取的干扰问题。通过系统标定后，对高压绝缘子样品的爬电距离进行了精度测试，实验结果表明最大相对误差为1.45%，平均相对误差为0.69%，已成功应用于110 kV变电站中各种绝缘子爬电距离的在线带电测量。

针对双波片偏振调控结构, 基于Stokes-Mueller矩阵偏振算法, 对双1/4波片和双1/2波片的偏振调控机理作了详尽的理论分析, 得出调控偏振态与双波片快轴方向之间的关系, 并追迹其在庞加莱球上的运动轨迹.基于双波片调控结构搭建偏振测量系统, 根据入射和出射Stokes矢量构建了投影关系矩阵算法, 完成了待测元件Mueller矩阵的测量, 并分析了波片的快轴方向误差和位相延迟误差对Mueller矩阵测量结果以及对出射偏振态调控精度的影响.分析结果表明: 波片的快轴方向误差控制在±2°内, 位相延迟误差不大于λ/300时, Mueller矩阵的最大测量误差为0.040 2, 波片自身误差对测量结果的影响可以忽略不计; 波片自身误差所引起的方位角误差不大于0.16 rad时, 快轴方向误差引起的椭率角误差最大不超过0.032 rad, 位相延迟误差导致的椭率角误差小于0.015 rad, 且对偏振度无影响.

根据矢量场的光线追迹方法和光路的几何关系, 推导得出入射高度(归一化)、折射率和逆反发散角之间的变化关系, 以逆反发散角最小为目的, 得出“猫眼”逆反射器的最佳设计参数, 并利用ZEMAX进行光学设计。基于三维琼斯矩阵法对所设计的“猫眼”逆反射器进行了偏振光线追迹和偏振特性研究, 重点分析了“猫眼”逆反射器的位相延迟和二向衰减特性及其对光束偏振态的影响, 理论计算表明: “猫眼”逆反射器在出瞳面上的位相延迟最大不超过0.3°, 二向衰减均低于0.027, 且线偏振态入射“猫眼”逆反射器, 出射仍为线偏振态, 即偏振方向保持不变。对此, 利用FRED对所设计的“猫眼”逆反射器进行了以水平、45°、圆、椭圆偏振态入射的仿真模拟, 验证其理论分析的正确性。结果表明: 经“猫眼”逆反射器逆反后的偏振态仍与入射偏振态相同, 偏振方向不发生改变, 这与理论计算结果相一致, 即“猫眼”逆反射器具有保偏振态不变的效应, 这对“猫眼”逆反射器的推广应用具有重要意义。