二向色镜及偏振分光棱镜作为常用的光学器件，近年来在大气探测偏振激光雷达中得到了广泛使用。但两种光学元件性能上的非理想特性与安装时存在的偏振误差夹角等问题在一定程度上会对大气探测后向散射光的退偏比造成影响。针对偏振激光雷达标定中通常只考虑偏振分光棱镜影响的问题，通过仿真模拟分别分析了二向色镜、偏振分光棱镜以及二者级联下对大气中气溶胶的退偏比影响，并给出了误差分析。以532 nm和1064 nm两种波长下的沙尘粒子与卷云的后向散射光作为输入进行模拟计算，结果显示，常用的长波通二向色镜对模拟输入光源在1064 nm透射通道下有7.111%的退偏比变化，在532 nm反射通道下有3.012%的退偏比变化。对偏振分光棱镜而言，输入为532 nm及1064 nm处探测的沙尘粒子退偏比会分别产生21.333%和27.3%的相对误差变化，532 nm处探测的卷云退偏比会产生14.2%的相对误差变化。两种光学元件在存在偏振误差夹角时均会带来额外的退偏比误差增量，在两种光学元件级联条件下，对模拟光源的退偏比也表现出累加性的误差增大。

开展了基于二向色镜的三路高功率激光组束实验研究，将中心波长分别为1059、1075、1090 nm的4 kW近单模光纤激光器进行组束，实现了11.34 kW的激光输出，组束效率超过95%。随着输出功率的提升，二向色镜温升越来越高，光束质量相较于子光束呈现逐步退化的趋势，当满功率时，组束激光在两个方向的光束质量分别为M²x=2.941和M²y=3.183。分析了影响组束效率和光束质量的原因，并对二向色镜基底厚度对光束质量的影响规律进行了实验研究，为进一步优化组束激光的光束质量提供重要参考。

相比常规的二向色镜激光合束，采用窄线宽半导体激光结合薄膜二向色镜进行的密集光谱合束，通道数量显著增多，可以实现高功率、高亮度的半导体激光输出。理论分析了薄膜二向色镜入射角度与中心波长、透过率之间的关系，结果表明：随着入射中心波长增大，入射角度逐渐变小，同时薄膜二向色镜的透射谱随之发生改变。对中心波长为969 nm、976 nm、981 nm的3束半导体激光开展了密集光谱合束实验，实现了输出功率为311.9 W、合束效率为95.88%、亮度为58.42 MW/(cm²·sr)、子束光谱间隔最大为7 nm的合束激光输出，合束激光相比子束的光束质量退化率不大于1.06倍。

为了研究合束效率与二向色镜的反射性质之间的关系,通过建立多层膜系粗糙表面反射模型,采用模拟仿真的方法对用于光谱合束的大陡度二向色镜反射率曲线进行了计算分析,结合光纤激光器光谱曲线得到了合束效率的仿真结果。对不同角度二向色镜表面面形与反射率、合束效率的关系进行了分析,对二向色镜合束系统的稳定性进行了模拟讨论,并对二向色镜的部分参量提出了要求。结果表明,使用小角度二向色镜可以获得10kW以上的输出功率,合束效率达97%。这一结果对二向色镜参量的提高是有帮助的。

二向色分光镜是MD投影机中的分色元件。在基板玻璃上镀有分光膜，白色光源照射在二向色分光镜上，部分波段的光反射，部分波段的光透射，因为波段不同，所以在两个方向上呈现不同的色光。这种二向色分光原理，在投影机光学引擎中得到应用。利用两个二向色分光镜，分别镀有两种不同的分光膜，将白色光分解为R、G、B三基色光。也可利用二向色分光原理做成合色棱镜，将三基色光合成后形成彩色图像。

采用大功率半导体激光器抽运25 m掺Yb双包层光纤,在单程装置中,前向(SPF)和后向(SPB)分别获得了1.46 W和1.82 W最大超荧光功率,斜度效率分别为23.4%和29.2％,3 dB带宽最大为11 nm。采用特定范围波长双色镜作为前腔镜,形成双程前向(DPF)装置,获得最大超荧光输出功率2.12 W,此时斜度效率为43.2%,中心波长在1070 nm,输出光谱平坦性较好,3 dB带宽从单程的11 nm提高到42 nm。

在脉冲抽运主动锁模Nd∶YLF激光器中，用倍频晶体CLBO和双色镜构成的非线性镜取代输出镜，实现了主被动锁模，与纯主动锁模相比，脉冲宽度压缩了8倍，获得了15 ps的锁模脉冲。

介绍了用于薄膜晶体管液晶投影仪显示的偏振光分色系统, 用多层光学薄膜实现了分色功能, 并对薄膜的设计、 制造和测试进行了讨论。

研究了钛宝石激光器增益介质两端的两块双色镜的相移色散,发现反射相移在中心波长附近发生了突变,由此而造成反射相移色散在此点是不连续的,并对影响反射相移突变点的因素进行了详细的研究。