为指导某600 mm口径的双曲面反射镜的加工, 设计了Ronchi光栅检测系统。针对系统检测过程中存在的杂光现象, 分析产生该现象的原因, 并提出相应的解决方案。结果表明, 在光线两次经过光栅的光路结构中, 分光棱镜的剩余反射率大于5%时, 像面处暗条纹的照度增大27倍, 条纹明暗对比度下降, 难以分辨;随着光栅剩余反射增加, 条纹中心产生亮斑现象, 条纹无法分辨。条纹面正对分光镜的亮斑区域的背景照度增加40多倍, 玻璃面正对分光镜的亮斑区域的背景照度增加80多倍。通过优化系统结构, 对分光镜与光栅进行替换与表面处理, 有效解决了杂光问题, 提高了像面条纹对比度。

为了减小在提取目标偏振信息时器件参数偏差引起的误差，需要对器件参数进行检测标定。提出了通过Savart棱镜的分光成像实验对Savart棱镜的参数进行了标定的方法。基于分振幅偏振相机进行仿真，使用计算结构相似度和最小二乘拟合法对解调效果进行定量分析。通过偏振成像实验对不同偏振状态下的解调图进行了对比。分析了参数误差对不同Stokes分量的影响并验证了参数标定方法的有效性。

高折射率胶合分束棱镜在复杂光学系统的像差校正中可以减少镜片数量，改善成像质量，得到越来越广泛的应用。但是，高折射率胶合分束棱镜的加工中很容易出现光谱曲线平坦度超差，甚至光谱曲线难以实现等工艺难题。通过介绍胶合分束棱镜结构、光敏胶特性、光波时间相干性原理，在牌号ZF88高折射率光学玻璃基底上实际设计并制备了420~720 nm，T：R=1:1±0.03，T+R≥95%，光谱曲线平坦变化的胶合分束棱镜。这项技术突破了传统胶合零件光学薄膜制备中的光谱曲线偏离效应，为胶合零件的光学薄膜设计与制备提供了新的理论依据与方案。

为了节省冰洲石晶体材料、并实现偏光棱镜光路的直角分束, 采用冰洲石晶体与氟化钡晶体二元复合的方案, 设计了一种冰洲石-氟化钡紫外直角分束偏光镜。以波长为265.6nm的紫外光为例给出了设计实例。从理论上分析了入射光经过该偏光棱镜后, e光、o光的分束角和光强分束比随入射角及入射光波长的关系, 并通过计算软件作出关系曲线图。结果表明, 该偏光棱镜分束角与直角偏差小, e光、o光的光强分束比约为1∶1; 在240nm~400nm的波段范围内, 垂直入射对应的直角分束偏差小于1.0°, 光强分束比与1的偏差在0.02以内, 具有较宽的光谱适用范围。该研究对直角分束棱镜的设计、制作以及实际使用提供了有价值的参考。

基于方解石晶体的光学特性和传统Wollaston棱镜的结构特点，设计了一种新型Wollaston式多光束分束棱镜。棱镜的两块晶体的光轴不再是垂直的，而是呈现一定的角度。通过结合玻璃棱镜，可以实现三束或四束光束平行光束的出射。以晶体光轴夹角为45°角为例，对该棱镜进行了讨论研究。研究得出：当一束自然单色光入射时，当入射光束的光斑大小大于两平行光束之间的距离时，可以实现两束相互垂直的偏振光和一束自然光出射，当光斑大小小于棱镜中两平行光束之间的距离时，能够产生四束分开程度可调并且平行出射的偏振光。该棱镜能为不同的应用环境提供可调节的偏振出射光束，从而节约成本。

高性能的分幅相机是强流脉冲电子束束参数测量及加速器调试中必不可少的一部分，为了满足这种要求，研制了一种新的高性能超高速的三分幅相机。该分幅相机采用一种成像质量较好的会聚光成像的全口径分光原理，由高速快门、科学电子耦合组件(CCD)相机及高速的控制器等组成，具有快门时间和幅间时间独立控制的能力，灵活的控制方式很好地满足了各种测试要求，并且在有效像面面积达到 Φ25 mm的情况下可以获得约 3 ns的最高快门速度和高于 30 lp/mm的像面空间分辨力。

为适应偏光技术对偏光分束器件的需求,给出了一种新型偏光分束器件双萨那芒特棱镜的设计。通过光路分析,得出了双萨那芒特棱镜分束角的表达式,详细分析了分束角与结构角和入射光波长的关系,研究了棱镜分束角的入射角效应。结果表明:对于确定波长的单色光,分束角随结构角的增大而增大;对于一定的结构角,分束角随着入射光波长的增大而减小。与常规萨那芒特棱镜相比,对于相同的棱镜结构角,双萨那芒特棱镜的分束角约为常规萨那芒特棱镜的2倍。对于确定的结构角和入射光波长,棱镜的分束角随着入射角的变化而变化。

在激光扫描共聚焦显微成像技术基础上引入了光谱成像技术以便区分生物组织中的不同荧光成分。采用分光棱镜对荧光进行光谱展开, 在光谱谱面处设置两个可移动缝片形成出射狭缝, 两个步进电机带动安装其上的两个缝片设置系统在整个工作波长(400~700 nm)内的光谱带宽, 其最小光谱带宽优于5 nm。用488 nm激光和低压汞灯实际测量了几条谱线对应的狭缝位置并和理论值做了比较, 结果显示实际狭缝位置和理论值的差值均小于0.1 mm。在全光谱和50 μm出射狭缝(对应2.5 nm光谱带宽)对老鼠肾脏组织进行了共聚焦光谱成像实验, 获得了老鼠肾脏组织中DAPI标定的细胞核图像和Alexa Fluor 488标定的肾脏小球曲管图像, 实现了对老鼠肾脏组织不同成分的区分。实验结果表明: 提出的系统能够进行共聚焦光谱成像, 扩大了共聚焦显微镜的适用范围。

高能强流脉冲电子束的束参数测量是加速器研制及调试中必不可少的一部分，它对测量设备的要求极高，必须具有高的时间分辨能力、较高的抗干扰能力及较高的灵敏度等性能。为了满足这种要求，研制了一种新的高性能超高速的三分幅相机。该分幅相机采用一种成像质量较好的会聚光成像的全口径分光原理，再结合高速的图像增强器、科学CCD相机及大规模集成电路等技术，使其具有了快门时间和幅间时间独立控制的能力，灵活的控制方式很好地满足了调试中的各种测试要求，并且在有效像面面积达到[Φ25 mm]的情况下可以获得约3 ns的最高快门速度以及好于35 lp/mm的像面空间分辨率，圆满地完成了强流脉冲电子束的调试工作。