目前在光谱成像领域建立由空间分辨力的量化测量方法, 但在探测器分辨能力不足时, 其存在测量时成像位置不同带来测量结果不同的现象。本文提出了一种适用于面阵成像光谱相机空间分辨力的精密测量方法, 其基于黑白线对在精密平移下的光谱图像, 绘制出单个像素的灰度随位移的变化曲线, 理论上通过曲线的分割可获得各种可能成像位置下灰度随像素的分布结果, 在实际操作时可仅通过一种曲线分割取点, 直接得到各成像位置均能分辨的线对密度值。该方法有效地避免了现有方法在探测器分辨能力不足时的缺陷, 通过对一台面成像光谱相机的实验测量验证了其可行性。

利用厚体布拉格光栅的波长选择特性对目标光场进行窄带滤波，是实现高光谱成像的一种新途径。基于严格耦合波理论，设计了体布拉格光栅结构，探索了厚体布拉格光栅的制作工艺，搭建系统光路验证了体布拉格光栅的光谱成像能力。研究结果表明：要获得较窄滤波谱宽，需要提高体布拉格光栅的厚度周期比，并严格控制入射光束发散角；刻写光束质量、震动和偏振会极大地影响制作的光栅条纹面质量，需要从优化写入光的光束均匀性、采用防震措施以及调整两刻写光束偏振一致性等方面优化刻写过程，以提高光栅的衍射效率和质量；验证了体布拉格光栅滤波片进行空间二维面阵成像的能力，宽谱光源透射条件下，通过对入射光束进行准直，滤波谱宽5 nm左右，空间分辨率约4 lines/mm；漫反射条件下，使用体布拉格光栅对进行色散补偿，能够实现较为清晰的成像，空间分辨率约4.9 lines/mm。

机载偏振成像是未来遥感探测领域的重要研究方向之一。首先基于液晶双折射率效应完成了高精度液晶偏振控制器研制，并对其偏振调制精度进行标定；然后利用液晶偏振控制器搭建了高精度小型机载偏振成像系统，并基于小型固定翼无人机完成了系统的搭载飞行测试和目标识别探测试验。试验结果表明，液晶偏振控制器的Stokes偏振参数调制精度优于98%，利用液晶偏振控制器搭建的小型机载偏振成像系统可有效抑制背景干扰，提高低对比度目标的轮廓提取能力和目标识别能力。研究成果为偏振成像技术在目标侦察、环境监测、农作物普查等方面的应用提供了一种有效的技术途径。

在激光阵列相干合成中, 由于相位噪声的影响和相位控制系统带宽的限制, 相位控制残差无法避免。文中从理论上推导了存在相位残差时激光阵列相干合成中远场光强分布, 并结合光束传输因子BPF(beam propagation factor)作为合成效果的评价标准, 分析了相位残差对相干合成的影响。

从傅里叶变换光学的相关理论出发，提出了一种适合提高平行发射方式下的相干合成效率的方法。并依据激光光学的知识，通过数值模拟计算该方法对激光相干合成效率的影响。以平行发射系统和透镜系统作参考，发现对各光束赋初始相位的方法可以提高平行发射系统的合成效率，并且其极限值为对应透镜系统的合成效率。不同的赋初始相位值对合成效率的影响结果各不相同，通过对比，找到了最好的赋初始相位值方案。

主要从激光光学的相关理论出发，通过数值模拟的方法，计算激光相干合成的远场光强分布。文中对不同大小的正方形、正六边形、圆形阵列排布，在不同的距离上的合成效率进行了计算、分析和比较。结果表明，正六边形的合成效率是最高的，而正方形与圆形的合成效率相近。可以通过增加光束数的途径提高合成效率，但当光束数已经很大的情况下，效果不明显，但增大阵列可以减缓合成效率随传播距离而下降的速度。