双路四通道同时干涉成像光谱仪以视场光阑代替狭缝,无旋转和移动部件,通过消色差分光棱镜和Savart偏光镜将入射光分为四对相干光束,同时在探测器上获取四幅不同偏振信息的目标图像,进而利用傅里叶变换运算并对数据进行处理得到偏振光谱图像。分析系统结构和原理得出不同偏振状态下的干涉强度表达式,四幅干涉图相加获取目标图像的总强度,同一Savart偏光镜的干涉强度相减获得纯干涉条纹,将两纯干涉条纹进行加减运算可降低系统的背景噪声,提高了系统信噪比。在考虑晶体色散关系的基础上分析讨论了光程差随波长、入射角、入射面与晶体主截面夹角以及晶体厚度的变化,在傍轴条件下设计出横向剪切量、成像透镜焦距和晶体厚度的具体参数,实现了高光谱分辨率成像,为新型干涉成像光谱仪的设计与应用提供了一种新方案。

基于Wollaston棱镜角剪切和Savart偏光镜横向剪切组合的可调光程的差分偏振干涉成像光谱系统，不仅可同时获取目标正交偏振分量的干涉图和二维空间图，而且可以通过调整Savart偏光镜的厚度，得到不同光程差下正交偏振分量的干涉图像。该系统的显著特点是正交图像的同时获取和光程的实时改变。描述了可调光程的差分偏振干涉成像光谱系统结构、理论原理，推导出了干涉强度表达式。详细分析了可调光程的Savart偏光镜(MSP)和可调光程的宽视场型Savart偏光镜(MWSP)的光程差及横向剪切量的变化范围。通过两种偏光镜之间的对比可得光程差差别甚微但MWSP剪切量较大，且变化量比MSP高50%。这为以后选择Savart偏光镜类型提供了重要依据。

空间调制型全偏振成像系统利用 Savart偏光镜能够将被探测目标的4个 Stokes参数 S0~S3调制在同一幅干涉图像中, 从而通过单次采集便可获得完整的偏振信息。在该系统中, 半波片和检偏器的角度误差对 Stokes参数的测量精度有着不可忽略的影响。文中首先给出了包含上述两种角度误差的干涉强度调制方程, 根据实际系统参数, 在角度误差模型的基础上分析了当入射光为自然光、 0°/90°线偏振光、 45°/135°线偏振光和左/右旋圆偏振光时, 角度误差对空间调制型全偏振成像系统的 Stokes参数测量精度的影响。利用这四种基态偏振光的偏振测量误差, 给出了任意偏振态和偏振度的入射光偏振测量误差的表征方法 , 最后, 文中以系统测量矩阵条件数为优化目标函数, 经仿真计算得出当 Savart板厚度为 23 mm时系统测量矩阵条件取得最小值为 2.06, 半波片和检偏器耦合角度误差对系统偏振测量精度的影响程度最小。

针对传统光谱偏振成像系统普遍存在的系统结构复杂、需要动态调制、光通量低等问题,提出一种基于静态调制的光谱偏振成像系统,将静态调制偏振探测方法与Savart偏光镜干涉成像原理相结合,可在成像过程中实时获取目标的光谱信息和全部四个Stokes偏振信息.与传统系统相比较,该系统具有无运动部件、无需动态电控调制、没狭缝限制、光通量大等优点.介绍了系统组成和基本原理,搭建了实验装置,实验装置包括二次成像光学系统、偏振调制模块、干涉成像模块、CCD图像采集及数据处理模块等,成像谱段范围为可见光近红外(480~950 nm).利用实验装置对白板、飞机玩具模型进行了成像实验,验证了该系统的光谱偏振成像数据获取能力.对静态调制的偏振测量精度进行了验证,偏振测量统计误差小于5%.实验结果验证了系统原理的正确性和可行性,获取的光谱偏振成像数据在目标识别、目标分类、遥感探测等方面具有较高的应用价值.

空间调制型全Stokes 参量偏振成像是针对同一目标不同偏振分量的同时探测技术，以双折射晶体作为调制元件，将Stokes参量S0~S3调制在同一幅图像中，只一次采集便可获得包含4个Stokes参量的调制信息。分析空间调制型全Stokes偏振成像系统的探测原理和数学模型。阐明重构偏振图像S0~S3的理论依据，并分析了系统参数的选择对图像重构效果的影响。根据实际系统参数，进行数值仿真模拟成像过程，获取调制图像，使用一种简单的频域解调算法，重构出S0~S3 的4 幅偏振图像，得到比较满意的重构效果，不仅验证了方案的可行性，同时为仪器设计或器件选型提供参考。

空间调制偏振干涉成像光谱仪的核心是干涉仪, 干涉仪的重要组成部分是Savart偏光镜。Savart偏光镜的透射率直接决定着空间调制偏振干涉成像光谱仪的光通量, 进而影响到目标的干涉图和目标的像。因此有必要研究Savart偏光镜的透射率对光通量的影响。在介绍干涉仪结构的基础上, 利用电磁场边界条件和折射定律分别求得了光在Savart偏光镜的4个分界面：空气/Savart偏光镜的左板; Savart偏光镜的左板/胶粘剂; 胶粘剂/ Savart偏光镜的右板; Savart偏光镜的右板/空气的透射率和光强, 同时得到了光通过干涉仪后的两束干涉光的光强。利用光的叠加原理得到了干涉后的总的光强, 并求出了光通过Savart偏光镜的透射率和光通量的数学表达式。通过两者的关系式可以很直观的看到Savart偏光镜的透射率对空间调制偏振干涉成像光谱仪的光通量的影响, 为研究空间调制偏振干涉成像光谱仪提供了一定的理论依据。

为了克服传统成像光谱仪稳定性差,干涉条纹杂乱复杂等缺点,提出了一种基于可调横向剪切量萨伐尔(Savart)偏光镜的新型偏振干涉成像光谱仪。具体分析推导了光线入射角变化对这种新型的可调横向剪切量萨伐尔偏光镜的光程差、偏振度以及对系统干涉条纹的影响；简要论述了这种新型偏振干涉成像光谱仪的工作机理和运行方式,从原理上论证了它具有重量轻、体积小、抗震性好、适用范围广、分束光线平行均匀分布、干涉图样清晰、处理简便等诸多优点,为新型可调横向剪切量的偏振干涉成像光谱仪的设计、研制、调试和工程化提供理论依据和实践指导。

研制了基于萨伐尔偏光镜的稳态偏振干涉成像光谱仪(SPIIS),阐述了其分光机理。应用光线追迹法以及光线折射率的概念,分析了计算光在双折射横向剪切分束器——萨伐尔(Savart)偏光镜中的传播规律和光线路径;给出了任意角度入射时,萨伐尔偏光镜横向剪切量和光程差的理论计算公式。较目前所报道的,仅给出入射面与主截面平行时横向剪切量的特殊情况,具有更普遍的指导意义;为新型偏振干涉成像光谱仪的设计、研制、调试和工程化提供重要理论和实践指导。