针对兆伏每米（MV/m）强脉冲电场的测量需求，设计并研制了基于集成光学的共路干涉仪（CPI）小体积宽带脉冲电场传感器。基于电光效应及电光调制原理，建立了传感器的幅度和频率响应传递函数，分析了集成光学探头的接收特性，并推导了探头灵敏度和带宽随波导长度的关系。设计了适用于MV/m量级脉冲电场测量的纯光学非金属CPI传感器，提出了利用晶体宽度对测量灵敏度调控的方法，使得设计的半波电场提高了2倍以上。研制的无源探头体积小于20 mm×10 mm×5 mm、理论带宽大于4 GHz、最大测量幅度大于1.2 MV/m。研制的传感器在高空电磁脉冲（HEMP）、雷电电磁脉冲（LEMP）及脉冲功率等领域具有应用前景。

为了更好地实现多镜面大视场主动光学望远镜波前像差抑制、提升望远镜探测能力极限，本文基于望远镜视场边缘内置的错位型曲率传感器进行波前感知，并利用功率谱对波前感知结果进行分析，进而基于波前像差的空间频率特征进行调控。首先，基于复光场理论分析了非瞳面对系统波前调控的影响机理。其次，分析了本方法在多镜面大视场主动光学望远镜调控过程中的精度特性。再次，利用桌面实验对多镜面大视场主动光学望远镜调控的可行性进行了验证。最终，波前重建结果与理论波前相关性高于0.85。利用功率谱对各个视场的空间频率特性进行了分析，与单纯使用均方根对多镜面影响敏感度进行分析的方法相比，灵敏度提升了20%。

为解决相位生成载波-反正切解调算法(PGC-Atan)的非线性失真问题，搭建了基于改进型PGC-Atan算法的非本征型法珀传感器(EFPI)解调系统。首先，理论分析了载波相位调制深度(C)偏离最优值、伴生调幅、载波相位延迟等非线性因素对经典PGC-Atan算法中参与反正切运算的正弦与余弦两路信号的影响。然后，针对外调制或伴生调幅较小的情况，提出了一种基于系数补偿的改进型PGC-Atan算法(PGC-CC-Atan)。该算法通过构造与C值和载波相位延迟有关的系数，消除反正切运算中的非线性参数。针对内调制情况，提出了一种基于椭圆拟合的改进型PGC-Atan算法(PGC-EF-Atan)。该算法通过基于分块矩阵的最小二乘法拟合椭圆并提取3个椭圆参数，进而将受非线性因素影响的正弦与余弦两路信号校正为正交信号。最后，通过仿真验证了改进型算法的正确性，并采用高调制特性的垂直腔面发射激光器(VCSEL)和常规腔长的EFPI等搭建PGC解调系统，对比经典PGC-Atan算法与两种改进型算法的解调性能，证实了改进型算法非线性失真抑制的有效性。实验结果表明：一定C值范围内，两种改进型算法可在非线性因素影响下有效解调。PGC-EF-Atan算法相较于PGC-CC-Atan算法，解调信纳比提升了11.602 dB，总谐波失真降低了10.951%。两种改进型算法中，PGC-EF-Atan算法对非线性失真的抑制效果更好，且解调线性度良好，准确度高。

针对现有多波段成像系统体积大、功耗高和集成化设计困难的问题，本文提出了一种基于单传感器的三波段共口径成像光学系统的设计方法。首先，在光学系统的光阑处设计1×2多波段透镜阵列，把可见光波段和短波红外波段同时成像在一个像平面上，并把两个波段中心波长的成像位置偏差控制在一个像元内以实现双波段融合成像。然后，针对双波段成像衍射极限不同的问题，提出分通道透镜阵列的离轴偏移量和通光口径大小联合优化方法，并采用双电动光阑高速控制三个成像通道的切换速度。最后，设计了一个基于单传感器的焦距为30 mm，工作波段分别为480~900 nm、900~1700 nm和480~1700 nm的三波段共口径光学系统。设计及分析结果表明该系统具有成像质量好、结构紧凑、无运动光学元件、成像波段切换速度快等优点。