在现有单次测量极高速成像方法中，直接成像方法的分辨率高但探测系统复杂，而计算成像方法探测系统简单但易损失空间分辨率。因此，提出一种基于偏振编码的极高速成像技术。所提成像系统利用半波片阵列和偏振片阵列对入射飞秒脉冲、出射飞秒脉冲和动态事件进行偏振编码，并通过线性方程组解码极高速动态的时序图像。通过构建光学模型并仿真，精确还原了多幅图像，验证了所提方案的可行性，理论摄影频率在10¹³ frame/s以上，本征空间分辨率可达114 lp/mm。所提成像系统结合了直接成像和计算成像系统的优势：线性方程组精确求解，不会导致光学系统分辨率损失；时序图像叠加使探测结构只需分光不需要对不同时刻的图像进行空间上的分离，简化了探测器的结构。该极高速成像系统的时间分辨率仅受脉冲宽度限制，可以实现飞秒级动态事件的探测，并且随着脉冲宽度的缩短，其时间分辨率可以得到进一步提升。

矢量光束独特的空间偏振结构使之应用于空间偏振编码成为可能。提出了一种用一阶矢量光束的偏振分布进行极角空间编码的方法。通过矢量光束生成、光束偏振分布再调制实现了空间编码光束的生成, 并采用斯托克斯参数法对空间编码光束进行检测。实验结果证实了一阶矢量光束应用于极角空间偏振编码的可行性, 为基于空间偏振编码的激光驾束制导提供了新方法。

受传输光纤非线性偏振影响, 量子密钥分配系统本振光与信号光耦合率下降, 使形成偏振复用信号的抖动增强, 系统的稳定性和安全性下降。为了提高量子光学中偏振编码技术的性能, 经过理论分析和数值模拟, 给出可操作性的实验方案, 解决了光纤非线性偏振耦合导致的偏振抖动问题。结果表明,在同等条件下, 以分光检测结果反馈控制本振光和信号光的非线性偏振耦合率, 可增强偏振复用信号的稳定性, 将系统传输容量提高61%。该结果有利于偏振编码技术在量子密钥分配系统的实际应用。

偏振编码器的稳定性是影响偏振编码通信的关键因素之一。采用时变矢量对基于铌酸锂(LN)相位调制的偏振编码器的稳定性进行了深入研究。实验表明，LN的偏振相关损耗主态(PPL)与偏振相关相移主态基本一致，说明LN的偏振相关损耗不会影响偏振态的稳定性。实验中观察到偏振态旋转具有“惯性”：使电压从0增加到某个定值，在停止增加后，偏振态会继续变化一段时间，大约在30 min后才达到稳定；相反，使电压从某个定值减少为0，在停止减少后，偏振态仍会继续变化一段时间。该现象对于低速调制将带来不利影响；对于高速调制，平均功率的变化也将引起偏振抖动。

为了解决非线性效应与偏振模色散问题所引起的巨大功率代价, 对基于偏振的编码技术进行了研究。提出了一种基于三弹光互差频偏振调制的偏振信息获取方法, 该方法克服了现有方法无法用阵列探测器实行有效采集及调制频率高等缺点；给出了MATLAB仿真及实验验证结果, 证明了该方法在理论及实际中的可行性。

设计并制备了一种在45°斜入射条件下使用的金属Ag消偏振反射镜,这种反射镜可以实现对目标波长810 nm和850 nm光线的反射,并保持线偏光的偏振方向和偏振消光比。为了消除s和p两偏振分量的分离,在金属Ag膜层上方添加了介质多层膜结构,并利用软件对膜系的结构进行了优化,设计结果的能量和相位特性满足目标需求。介质多层膜选用TiO2和SiO2分别作为高、低折射率材料,薄膜的制备采用了离子束辅助沉积工艺,并利用石英晶体振荡监控膜层厚度。得到了消光比达到10 000∶1以上的样品,实现了光学薄膜器件对能量和相位的控制,满足了偏振编码空间光通信试验的需求。

在基于偏振编码的光通信试验中, 需要对不同波长的线偏光进行光路分离, 同时要保持分离后线偏光的偏振方向和消光比, 为此设计和制备了入射角为45°的810 nm波长透射/850 nm波长反射的近红外分色片.为了抑制斜入射条件下工作波长附近s、p偏振分量的能量、相位分离, 选择了合适的基础膜系, 利用旁反射带边缘透、反射带光谱过渡迅速的特性, 实现了临近波长的光路分离, 也减小了偏振分离；通过非规整膜层的相位补偿和软件自动优化, 实现了设计目标.分别选用TiO2和SiO2为高低折射率膜层材料, 以离子束辅助沉积技术镀制薄膜, 采用光学极值法和晶体振荡法结合的方式控制膜层厚度.制备样品的消光比在波长810 nm处达到7000 ∶1以上, 在850 nm处达到20000 ∶1, 实现了分色片对相位的控制, 满足了偏振编码光通信试验的需求.

为了在激光告警中实现全方位角度探测,并且在一定探测精度的前提下尽量使结构简单、稳定,提出了基于偏振编码的光纤天线的测量方法。该方法是通过在不同方向上放置不同起偏角的偏振片编码,再将各个方向的光纤耦合成一束,经准直透镜组射入解偏光路中,通过判断电路分析得到激光入射方向。在计算及仿真了经偏振片后激光能量的衰减,求解电路能检测到最弱激光的幅值与偏振衰减最大时激光引起的响应电流的幅值的关系,得到在激光角分辨率为30° 时满足探测要求。实验显示,在初始激光功率在20~150 mW 的条件下,每20°划分的偏振角度中设定最小识别电压为20 mV 时,满足全方位激光方向探测的要求。

提出了一种基于相位调制偏振态QKD系统的量子信道校正发送的新方案—采用波导型相位调制器研制成电控连续可调光学相移器,它可随相位调制器输入电压的连续改变而产生连续的相移,从而控制输出的偏振态；在其前放置一个半波片,即可校正接收端偏振态量子态在信道中所发生的改变,从而保证信道传送密钥的可用性.通过理论推导和实验研究验证了基于相位调制偏振态QKD系统的量子信道校正发送方案的核心部件的可行性.由于本方案能实现高速调制（GHz）,为解决光纤传输的偏振编码QKD系统中偏振态漂移问题提供了一种新的途径.

采用一个激光器通过偏振调制器快速偏振编码实现密钥分配，同时用矩阵分析的方法对系统原理进行了理论分析。指出用相位－偏振调制器可以对四种非正交偏振态光子进行编码和解码。在实验室内完成了30km光纤保密通信，误码率＜6%。实验表明该系统可用一个激光器快速编码解码实现密钥分配，具有很高的实用价值。