以海洋一号C/D卫星中国水色水温扫描仪［COCTS （HY-1C/D）］的光学薄膜研制为例，介绍了海洋水色定量化遥感中应用的光学薄膜技术。在单片基片的不同通道区域依次镀制多块滤光膜以抑制杂散光的产生，充分研究了光束空间角频率分布带来的光谱及偏振影响，实现了5%带宽的定位精度，将通道滤光膜对偏振灵敏度的影响降到0.3%以下，采用双离子束溅射工艺来保证膜层的可靠性和光谱性能。此外，通过光学薄膜元件的偏振调控设计以及元件间的偏振补偿，实现了系统偏振灵敏度达到国际先进水平，0°扫描角时的平均偏振灵敏度小于1%。光学薄膜技术的应用有效提升了海洋水色的定量化遥感质量，结合大气校正，COCTS （HY-1C/D）获得的水色产品数据量化精度与美国的中分辨率成像光谱仪（MODIS）和可见光红外成像辐射仪（VIIRS）相当。

浸没光栅是星载温室气体监测成像光谱仪光学系统中的核心分光元件，能够实现更高的光谱分辨率和更紧凑的结构尺寸。推导了浸没光栅的色散率公式，并对比了采用浸没光栅和普通平面光栅时的光谱分辨率。针对温室气体O₂-A带的探测需求，利用有限元计算方法开展了浸没光栅槽形结构的优化设计，得到了兼有高衍射效率和低偏振灵敏度的全反射型浸没光栅槽形参数，并分析了光栅结构参数和等效介质层的制造公差。设计结果表明，在750~770 nm波段范围内，该浸没光栅-1级平均衍射效率高于92%，偏振灵敏度低于1%。

基于非平衡态格林函数-密度泛函理论, 采用第一性原理方法, 计算了VA族元素(N、P、As或 Sb) 掺杂单层WS2的光电效应, 并解释了掺杂提高光电效应的微观机理。结果表明: 在线性极化光照射下, 单层WS2中可以产生光电流。由于掺杂降低了单层WS2的空间反演对称性, 导致N、P、As或 Sb分别掺杂的单层WS2的光照中心区产生的光电流明显提升。其中N掺杂的效果最好, 掺杂后的单层WS2在光子能量3.1 eV时获得最大光电流(1.75), 并且偏振灵敏度达到最大(18.1), P、As、Sb分别掺杂的单层WS2在光子能量3.9 eV时取得较大的光电流, 并且有较高的偏振灵敏度。研究结果表明通过掺杂能够有效增强光电效应, 获得更高的偏振灵敏度, 揭示了掺杂单层WS2在光电子器件领域潜在的应用前景。

在先进遥感仪器的性能表征中,偏振灵敏度是很重要的性能指标之一,它在量化高精度遥感信息反演中非常重要。光学薄膜是仪器偏振灵敏度控制中非常重要的一种手段。基于薄膜光学的传输矩阵理论,根据偏振灵敏度控制要求开展了几类光学薄膜的设计、分析和研制工作,主要包括金属反射膜、介质-金属-介质分色膜、介质分色膜、增透膜和带通滤光膜等。给出了一些已研制光学薄膜的偏振灵敏度控制的实测结果和以此研制的遥感仪器的系统偏振灵敏度的控制情况。

建立了矩形光瞳下适用于双巴比涅型消偏器的消偏理论及数值计算模型，弥补了当前设计理论仅适用于圆形光瞳的不足。设计了一种适用于矩形光束口径且高度可靠的双巴比涅型消偏器。在确定最佳结构参数的基础上，分析了晶体折射率和中心厚度差的误差要求。结果表明，退偏器出射光的最大残余偏振度小于2%，四像最大间距约为27 μm，满足偏振灵敏度及像质要求。

高精度的大气探测光谱仪应用十分广泛, 但是由于太阳发出的自然光与大气作用后所产生的(部分)偏振光会影响设备的探测精度, 所以该类光谱仪通常需要去除入射光的偏振影响。 论文针对大气超光谱成像探测设备的消偏需求, 提出了一种新型的双H-V(horizontal-vertical)消偏器。 由于晶体的双折射结构在光学原理上可以产生消偏效应, 所以消偏器材料通常为双折射晶体, 但是该结构同时又会产生双像, 从而降低光谱仪的成像质量。 针对此问题, 结合该大气超光谱探测设备中空间维像元合并的特点提出了一种异型双H-V消偏器。 它不同于传统双H-V消偏器中两子H-V楔角相等的结构, 所提出的异型双H-V消偏器两个子H-V楔角不同, 从而使其在光谱维及空间维对应不同的双像距, 在满足退偏度要求的同时保证了成像质量, 很好的解决了高消偏度与高成像质量之间的矛盾。 论文详细阐述了消偏器的设计方案, 并针对消偏效果与成像质量进行了分析, 消偏器的退偏率优于98.8%, 并且在空间方向双像所占像元数仅为合并像元的8.7%。

介绍了宽波段成像光谱仪系统中一种工作波段为0.35～1.7 μm的消偏振分色片的设计与研制。根据成像光谱仪的工作特点，利用分色片将近紫外、可见波段和近红外波段光谱进行高效分离，分别进入各自焦面，并被不同探测器接收。选择两种光学薄膜材料，利用四个反射堆实现了近紫外到可见光波段的高效反射；通过调整反射堆的次序，解决了近紫外波段材料吸收造成的偏振灵敏度高的难题；通过非规整膜层的匹配平滑了透射波段的光谱。分色片反射波段和透射波段的光学效率分别达到了97%和91%以上，反射波段的偏振灵敏度控制在1.5%以内。

为了提高海洋水色卫星遥感的定量参数反演精度， 确定入瞳处的偏振信号对传感器响应的影响逐渐受到重视。 以Aqua-MODIS为例， 分析了海洋卫星传感器大视场范围内的偏振特性分布， 发现无论是大气程辐射还是考虑海表贡献的入瞳光， 视场内偏振特性的变化与观测几何的变化密切相关。 相比海表的偏振贡献而言， 大气是偏振光的主要来源。 在此基础上， 研究了遥感器在不同偏振灵敏度条件下对入瞳处的偏振信号的响应以及由此引起的系统误差， 发现只有当偏振灵敏度不超过2%时可以满足反演离水辐射产品的需要。 提出了补偿大气偏振测量误差的方案， 能够较好地提高卫星数据的利用率和遥感器的辐射测量精度。

通过建立非理想正交反射镜改变光线的几何模型，研究正交金属反射镜的消偏性能。模拟计算结果显示：在0．4μm～10μm波段内，非理想正交镀银反射镜的线偏振灵敏度优于铝、金等正交反射镜，且对光束偏振度的改变最小，因此正交镀银反射镜在高精度偏振遥感探测中值得广泛应用；若把角度误差控制在0．5。内，则正交镀银反射镜的偏振特性对偏振遥感器的辐射度和偏振度影响很小，具有较好的消偏性能。

报道了基于混合应变量子阱材料的半导体光放大器(SOA)。利用张应变量子阱加强了TM模的增益，使之接近TE模的增益，从而使SOA的偏振灵敏度大为降低。在150 mA的偏置下，获得了24 dB的小信号增益和1 dB的偏振灵敏度。