非偏振分光棱镜（NPBS）的偏振相关性会对外差干涉仪、偏振干涉仪和激光干涉仪等干涉系统的非线性误差、偏振误差和测量精度等带来不可忽视的影响。首先对NPBS偏振敏感度的4个特征参数的测量原理进行介绍，接着基于NPBS偏振敏感度测量系统进行一系列实验并对实验结果进行分析。NPBS的s光与p光分量的透射比和反射比基于圆偏振光入射并同步测量透/反射光中s、p偏振方向的强度来实现，以抑制光源抖动及光电探测器响应不一致性对测量结果的影响。在相位偏振敏感度测量方面，基于偏振测量系统对透/反射光的斯托克斯分量S₂、S₃进行测量，获得NPBS的s光与p光的透/反射相位差。3个NPBS样品的重复性测试实验结果表明：上述非偏振分光棱镜的偏振敏感度测量方法对NPBS透射比和反射比的测量精度（最大偏差与测量平均值之比）为-0.08%~+0.08%，重复性优于0.1%，对NPBS透射相位差和反射相位差的测量精度为-0.84%~+0.84%，测量重复性优于1%。对NPBS样品在不同入射波长和入射角度下的偏振敏感度进行了测量，结果显示：在1540~1560 nm范围内，被测NPBS样品的透/反射比变化小于0.02，s光与p光的透/反射相位差随着波长增加而减小；随着入射角度从-5°增大到+5°，s光与p光之间的透/反射相位差减小。NPBS反射相位差的变化大于透射相位差的变化，对波长和入射角度的变化更敏感。

布鲁斯特角型偏振器在高功率激光系统有着重要的应用。为了真实反映布鲁斯特角型偏振器的性能, 分析并成功搭建了基于空气隙棱镜的消光比测量系统。采用光强同时测量的方法, 测量过程系统起偏器、样品、检偏器方位角固定, 引起误差的因素较少。通过限制入射光光束直径和探测器的位置, 提高检偏器反射出光方向的偏光性能, 提高测试精度; 在样品定位的过程中, 对光源进行实时监测, 降低测量随机误差。理论分析, 系统精度越高, 系统误差越大。当系统精度为 40 dB, 系统误差约 2%。对一样品进行 10次测量, 消光比平均值为 31.1 dB, 系统误差小于 1%, 随机误差小于 1%。

为了降低基于硅基液晶拼接的动态星模拟器背景杂散光, 对传统的光学引擎进行优化, 提出一种多偏振分光棱镜组合方式, 并对其光机结构进行设计.阐述了光学引擎照明系统的设计方案, 讨论了降低视场角、增强均匀性的方法.通过Tracepro对照明光学系统进行仿真, 对照明光源设计方案的可行性进行了验证.实验结果表明: 优化后的动态星模拟器杂散光辐照度降低了2.93倍.优化后的光学引擎有效地抑制了背景杂散光, 并且增强了两片反射式硅基液晶对比度的一致性.

针对现有普通偏振分光棱镜（PBS）消光比低、偏振串扰等不足，提出一种由PBS和偏振片构成的高精度偏振分光系统。在PBS的反射通道和透射通道插入偏振片，并调整偏振片的透光轴方向，以便最大程度地抑制偏振串扰。理论计算和数值仿真一致表明，该偏振分光系统能够实现更高精度的偏振分光。实验测得，当入射光强度比为-47.5 dB时，普通PBS的偏振分光误差为57.3%，添加了偏振片的偏振分光系统的偏振分光误差为14.3%；而当入射光强度比为47.8 dB时，普通PBS的偏振分光误差为15.5%, 添加了偏振片的偏振分光系统的偏振分光误差为8.6%。提出的偏振分光系统简单实用，可广泛应用于偏振光学系统中。

针对多幅图像测量系统在多光谱测量等领域中的广泛应用前景, 以及现有多幅图像测量系统存在的多传感器间难以实现同步、所得图像光强度信息不均匀、光轴不一致以及仪器构造复杂, 价格昂贵且不易于微型化等问题, 研究设计了一种基于单帧图像获取多幅图像信息的新型分光图像测量系统。文中设计的分光图像测量系统可将单幅图像分为四幅图像并且解决了上述问题, 提供了一种分光图像测量的新思路。

提出了单频激光干涉仪中偏振分光棱镜（PBS）误差的在线补偿方法。研究了入射条件对PBS偏振特性的影响，定量给出了斜入射时PBS的琼斯矩阵；研究了PBS的偏振误差对单频激光干涉仪的影响，通过对光源输入光偏振态和PBS入射角度的调制，实现了PBS误差的在线补偿，提升了干涉信号的对比度，抑制了单频激光干涉仪的非线性误差。研究表明，该方法可以有效补偿PBS的偏振误差，改善干涉信号质量，提高干涉仪的测量分辨率，可被广泛应用于纳米高精度激光干涉仪的研究与制备等领域。

设计了一款大视场、免散瞳便携式眼底相机。综合考虑接目物镜被成像和照明系统共用、人眼的像差和视度差异等因素，采用16重结构进行优化设计。设计结果的视场角达60°，分辨率为200万像素，对-8 D~+10 D(1 D=1 m-1)的人眼普遍适用，在120 lp/mm处各视场的调制传递函数(MTF)均大于0.2，畸变小于5%。为消除角膜反射产生的严重杂散光，提出采用LED环形光源改进传统科勒式照明光路，不仅保证眼底照明均匀，而且大大提高了系统的光能利用率，降低了光学系统的复杂程度。为了解决传统系统中接目物镜杂散光无法消除的难题，提出采用偏振分光棱镜代替系统中的分光镜，同时在接目物镜前端加入λ/4波片，消除了99.5%以上的由接目物镜反射产生的杂光。

为了获得具有更高输出功率和良好光斑分布均匀性的半导体激光光源, 根据半导体激光优良的偏振特性, 利用偏振分光棱镜将2束大功率激光束合成为一束更大功率的光束, 通过一个发射系统投射。在光束合成前采用非球面光学系统对每个激光器慢轴方向的光束进行扩束, 使其与快轴方向光束发散角基本一致。实验证明, 此种半导体激光复合光源具有良好的光斑均匀性, 其输出功率是2个半导体激光器输出功率之和, 完全满足激光制导等军用系统对激光功率和光斑均匀性的要求。

为了获得大频差双频激光输出, 设计了一种由偏振分光棱镜和半波片组成的新型双折射滤光片作为激光纵模选择元件。将这种新型双折射滤光片置于激光二极管(LD)抽运Nd:YAG激光器的谐振腔内, 实现了单纵模激光振荡。绕激光腔轴旋转半波片以改变波片快轴与偏振分光棱镜偏振面之间的夹角, 发现单纵模激光输出功率发生周期性变化, 变化周期约为π/2。设计并实验研究了一种LD抽运双腔大频差双频Nd:YAG激光器, 其两个驻波谐振腔(即直线腔和直角腔)共用相同的激光介质和纵模选择元件, 1064 nm激光p分量和s分量分别在直线腔和直角腔内同时以单纵模振荡, 改变每一谐振腔的长度可以调谐腔内单纵模激光的谐振频率, 从而实现双频激光频差调谐。实验观察到1064 nm正交线偏振双频激光的频差在27～113.4 GHz范围内可调谐。