针对自由曲面面型所引起的偏振像差对系统的成像质量和测量精度的影响不可忽略,基于琼斯表示法提出含有条纹泽尼克多项式的自由曲面离轴光学系统的偏振像差分析方法,构建自由曲面反射光学系统的偏振像差解析模型,分析条纹泽尼克多项式中Z₅和Z₆项对视场离轴光学系统偏振像差分布的影响。通过全视场偏振光线追迹验证自由曲面对视场离轴光学系统的相位像差、相位延迟和二向衰减三种偏振像差的作用规律。针对含有自由曲面的大视场离轴三反光学系统进行全视场偏振像差分析。分析结果表明,相位像差分布与自由曲面面型矢高分布一致,二向衰减和相位延迟均为系统总体的50%。

相干激光通信系统中，光学系统的偏振像差会改变信号光的偏振态，降低信号光与本振光的混频效率。为了定量分析和研究光学系统的偏振特性，提出了三维偏振光线追迹算法。针对大口径相干激光通信检测平台系统，利用该算法对平台的通信系统进行偏振光线追迹，并根据追迹计算所得的偏振变换矩阵，分析了偏振像差对圆偏振信号光偏振态的影响。通过搭建实验平台，验证了平台通信系统的偏振特性。

介绍了截至 2013年偏振成像技术的研究进展。总结了偏振成像技术的主要研究内容。分别介绍了偏振成像技术方案分类，红外偏振成像仪和偏振焦平面探测器，偏振成像试验，以及偏振光线追迹的最新研究进展。

为了控制反射式旋转对称光学系统中的偏振效应，对该类系统中的偏振像差进行了分析。在偏振像差理论的基础上，通过偏振光线追迹的方法，导出反射式旋转对称光学系统的偏振像差的计算公式，提出了反射界面产生的偏振像差的影响因子，对影响其偏振像差的因素进行了分析。实例分析结果表明，对于具有宽光谱、大入射角、大视场等特点的反射式旋转对称光学系统，要想提高其光学系统的性能，必须控制光学系统的偏振像差。提出尽可能减小入射角的大小，并通过薄膜设计减小偏振分离来降低系统中的偏振效应，是控制反射式旋转对称光学系统中的偏振像差的有效措施。

为了控制透射式旋转对称光学系统中的偏振效应,提高系统的光学性能,对该系统中的偏振像差进行了分析。在偏振像差理论的基础上,用偏振光线追迹法导出了该系统偏振像差的计算公式。对影响偏振像差的因素进行了分析,提出了透射式旋转对称光学界面产生的偏振像差的影响因子。最后,对一望远物镜进行了偏振像差分析,结果显示,入射角为18.77°时所产生的偏振像差是入射角为7.86°时的5.5倍;镀有膜系Layers2时的偏振像差比镀有MgF2膜时减小了约30％;λ=1.1 μm时的偏振像差约为λ=0.55 μm时的10倍。分析结果表明,对于具有宽光谱、大入射角、大视场等特点的透射式旋转对称光学系统,要想提高其光学性能,必须控制偏振像差。尽可能减小入射角的大小,将薄膜设计和光学设计结合起来,通过减小偏振分离的方式来降低系统中的偏振效应,是控制光学系统中的偏振像差的有效措施。