为了克服常规偏光干涉系统中核心器件萨瓦板(Savart)偏光镜制作工艺复杂、装调难度高的缺点, 解决由于Savart偏光镜装调、加工误差造成的偏光干涉系统条纹混叠和调制度下降的问题, 采用了一种基于单平行分束器(SPBS)的偏光干涉系统的方法, 分析了系统的结构原理, 采用矩阵传递函数推导了经偏光干涉系统出射光的琼斯矩阵及相干叠加强度, 得出了和基于Savart偏光镜的干涉系统类似的干涉结果, 分析了系统光程差与入射角及入射面的变化关系, 并通过实验验证了理论分析的正确性。结果表明, 由于SPBS结构简单, 不需要多个单元组合, 所以不存在装调误差, 并且大幅度降低了加工误差。

双路四通道同时干涉成像光谱仪以视场光阑代替狭缝,无旋转和移动部件,通过消色差分光棱镜和Savart偏光镜将入射光分为四对相干光束,同时在探测器上获取四幅不同偏振信息的目标图像,进而利用傅里叶变换运算并对数据进行处理得到偏振光谱图像。分析系统结构和原理得出不同偏振状态下的干涉强度表达式,四幅干涉图相加获取目标图像的总强度,同一Savart偏光镜的干涉强度相减获得纯干涉条纹,将两纯干涉条纹进行加减运算可降低系统的背景噪声,提高了系统信噪比。在考虑晶体色散关系的基础上分析讨论了光程差随波长、入射角、入射面与晶体主截面夹角以及晶体厚度的变化,在傍轴条件下设计出横向剪切量、成像透镜焦距和晶体厚度的具体参数,实现了高光谱分辨率成像,为新型干涉成像光谱仪的设计与应用提供了一种新方案。

为了研究Rochon棱镜反向使用消光比特性, 采用分析棱镜胶合剂中光弹效应的方法, 对Rochon棱镜正、反向使用时消光比进行了分析, 并设计了实验, 从理论和实验上对平行光反向通过Rochon棱镜时消光比下降的原因进行了研究。结果表明, 当平行光正向通过Rochon棱镜时, 消光比为1.14×10-5; 反向通过时, 消光比为2.93×10-3;反向通过加上λ/4波片后, 消光比为5.72×10-5; 准直光束反向通过Rochon棱镜时, 由于胶合剂中的光弹效应的存在, 使得传播方向不改变的一束光的消光比下降, 验证了理论分析的正确性。该结果可为Rochon棱镜的设计制作和正确使用提供必要的参考。

基于Wollaston棱镜角剪切和Savart偏光镜横向剪切组合的可调光程的差分偏振干涉成像光谱系统，不仅可同时获取目标正交偏振分量的干涉图和二维空间图，而且可以通过调整Savart偏光镜的厚度，得到不同光程差下正交偏振分量的干涉图像。该系统的显著特点是正交图像的同时获取和光程的实时改变。描述了可调光程的差分偏振干涉成像光谱系统结构、理论原理，推导出了干涉强度表达式。详细分析了可调光程的Savart偏光镜(MSP)和可调光程的宽视场型Savart偏光镜(MWSP)的光程差及横向剪切量的变化范围。通过两种偏光镜之间的对比可得光程差差别甚微但MWSP剪切量较大，且变化量比MSP高50%。这为以后选择Savart偏光镜类型提供了重要依据。

在激光电光调制补偿测量光相位延迟量过程中, 加入交流调制电压形成倍频接收信号, 获得消光的精确定位, 能提高测量精确度。通过调制信号形状变化与相关参量之依赖关系, 可拓展测量范围, 解决在某些点附近无法测量波片相位的“盲区”问题。根据接收到的调制光信号形状变化趋势与待测波片样品方位、延迟量、旋转方向等条件的联系, 在待测波片快轴选定后, 通过波片旋转影响信号形状变化规律的观测, 可敏锐地甄别在半波点或全波长点附近波片的正负偏差特性, 从而解决了一般偏振干涉补偿测量相位无法解决的测量盲区问题。不改变测量系统结构也不需添加任何器件, 适应于最小延迟偏差≥λ/360的情况。

为了消除不同角度入射格兰-泰勒棱镜时透射光谱曲线波动干扰产生的影响, 提高消光比测量系统的测量精度, 以偏光棱镜作为检偏器, 采用二次曲线拟合的方法, 对透射曲线的极值点实现了精确判定。并采用二次光强测量方法, 对棱镜入射端、出射端、胶合层反射及透射情况进行了理论分析,然后用不同角度入射时棱镜透射谱线的变化规律来解释其干扰发生的程度。结果表明, 该方法消除了波动干扰影响, 提高了测量棱镜消光比的精度。这一结果解决了空气隙型偏光棱镜消光比测量精度问题,同时对偏光棱镜的正确使用提供了参考建议。

椭圆偏振器是一种非常重要的偏振态调制器件。采用线偏器与波片组合方式设计，通过各部件间方位的补偿调整来满足不同波长或椭偏度的需求，波长调整范围大，输出状态稳定，具有较高的实用价值。由偏光矩阵和邦加球理论可知，器件间方位、相位以及波长间存在着规律性关系，匹配相关条件能够影响不同波长下的偏振光状态。此设计由一个宽频透射的偏光棱镜和两个完全一致的“零级”波片组成。棱镜保证了入射光偏振方向的稳定性，波片承担了波长的选择和椭偏度的改变。研究表明材料特性限制了应用范围。云母波片设计的应用波长范围为300～1400 nm，连续调整波长范围700 nm。

为了测量液晶双折射率, 从偏光干涉的理论公式入手, 通过一定的近似, 采用偏光干涉法测量液晶双折射率, 进行了理论分析和实验验证, 获得了较为理想的数据。结果表明, 在采用偏光干涉法测量液晶材料的双折射率时, 避免了对透射光谱的绝对光强进行测量, 使得测量结果具有较高的精度。这一结果对液晶器件的设计、制作和使用是有帮助的。

为了拓展成像光谱仪的紫外光谱范围，设计了以高温相偏硼酸钡晶体为双折射材料的渥拉斯顿棱镜。采用计算机模拟的方法进行了理论分析，取得了参量数据图。偏硼酸钡渥拉斯顿棱镜的分束角在紫外区随波长变长呈非线性关系，但在小结构角的情况下有利于整个光谱区内分束角的稳定; 棱镜结构角加大会使视场角变小，增大棱镜的结构角和宽度有利提高光谱分辨率。结果表明，当在紫外光至可见光波段使用时，高温相偏硼酸钡渥拉斯顿棱镜设计厚度为6mm～8mm，结构角不大于15°，入射角控制在1°内比较合适。这一结果为进一步研制可用于紫外光谱范围的成像光谱仪提供了必要的理论依据。

格兰泰勒棱镜的光强透射比随着空间入射角的改变会出现波动。借助共点三轴系统和多光束干涉公式，得到了偏光棱镜的光强透射比的精确表达式。根据马吕斯定律，利用数值模拟实验，给出了格兰泰勒棱镜作为检偏镜在光学系统中的光强透射比表达式。数值模拟结果表明：波动的产生来源于平行空气隙间的多光束干涉，波动幅度的大小及出现的位置主要取决于空气隙的平行程度及检偏镜在光学系统中的相对位置。令棱镜的转轴和系统的光轴之间的夹角β=0°,可以实现光强透射比曲线上波动的完全抑制。给空气隙一个小的胶合误差角可以有效抑制光强透射比随空间入射角的波动。抑制波动的临界胶合误差角随入射光束横截面的增大而减小。