非偏振分光棱镜在干涉仪中引入的非线性误差将对仪器的测量精度产生不可忽视的影响，所以测量非偏振分光棱镜所引入的相移特性并探究其补偿方法是非常有意义的。基于琼斯矩阵描述偏振态的方法，设计、搭建了非偏振分光棱镜透射及反射相移的测量系统，并对反射相移进行了有效补偿，此外，还对相移的温度特性进行了实验探究。系统采用双光电探测器平衡探测的方法可以消除光源功率抖动的影响，具有探测精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。研究结果表明：非偏振分光棱镜的反射相移明显大于透射相移，将2个反射相移接近的非偏振分光棱镜进行组合后整体相移明显降低。此外，随着温度的变化，相移也会发生变化，相移的温度特性曲线中存在相移量最小的拐点，该方法有助于寻找非偏振分光棱镜的最佳工作温度。

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。

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。

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。

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。

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。

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。