海洋水色遥感应用对光学遥感仪器提出了高灵敏度与高精度的要求。本文研究的可见近红外成像光谱仪采用推扫扫描的方式，从而获得了较高的灵敏度；通过对系统进行杂散光定标和校正实现高精度测量。杂散光校正算法要求图像中所有目标信号不能饱和。由于仪器的动态范围针对水色目标设置，因而大部分图像通道高亮度的云目标信号会饱和，导致杂散光校正算法无法获得较好效果。以一台基于帧转移面阵CCD 的推扫式可见近红外成像光谱仪为研究对象，通过分析系统设置的CCDSmear 校正通道的成像机理，论证了在不同光源下Smear 通道和各图像通道间均存在线性相关性，进而提出了一种利用Smear 校正通道来恢复各图像通道饱和信号的方法，为星上高光谱图像的杂散光校正提供有效的数据源，也为饱和图像恢复提供了一种较为可行的方法。

使用背照减薄型CCD器件的色散型成像光谱仪在近红外波段会出现呈条带状干涉条纹现象, 该干涉条纹对入射光波长分布敏感, 空间频率稳定, 特别适用于微小光谱偏差的测量与校准。针对一台光栅色散型推扫式成像光谱仪样机, 先估计出条纹分布的规律, 再以此为基础, 采用频域滤波、最小二乘拟合等方法提取干涉条纹中包含的相位信息, 以此作为光谱定标的辅助参数。实验表明, 当入射光强变化达到130%以上时, 拟合谱线位置的不确定度最大为0.0073nm, 模拟光谱位置改变后, 以汞灯谱线作为基准光谱位置曲线, 测得拟合算法的最大误差为0.1358nm, 该结果证明, 干涉条纹拟合定标方法可有效减少定标系统对光源稳定性的依赖, 提高对光谱维微小偏移量的检测精度。

L0周边Mura是TFTLCD的一种常见缺陷。本文对L0周边Mura发生原因进行分析，发现真空对盒工艺进行过程中玻璃基板表面受力不均使力学合成力较少的局部位置发生形变并引起液晶屏周边区域盒厚波动，产生不良。采用辅助封框胶开环方式，主封框胶内外两侧压差趋于平衡，L0周边Mura发生率大幅降低;而通过优化辅助封框胶工艺有效地解决了周边区域力学失衡难题，不良发生率降至0.3%，改善效果明显。此外，周边优化设计方案有助于新产品开发阶段避免该不良发生。

使用背照减薄型CCD器件的色散型超光谱成像光谱仪在近红外波段会出现条带状干涉条纹, 严重影响其在近红外波段附近的光谱分辨率。 为解决该现象, 建立了类似于法布里-珀罗干涉仪的多光束干涉模型, 估算出700~900 nm范围内干涉条纹的强度分布并以实测数据对该模型进行了验证, 分析了CCD光敏区厚度和干涉现象之间的关系。 在此基础上, 采用包括频域滤波在内的改进的平场校正算法, 对干涉条纹的图像进行了校正, 在751.83～1 010.04 nm的范围内, 校正效率达到96.6%, 试验结果表明, 该算法可有效的消除超光谱成像光谱仪近红外波段上的干涉条纹现象, 提高光谱分辨率。

拖尾(smear)现象是面阵CCD器件的固有问题。 在推扫式成像光谱仪中, 拖尾对成像的作用形式较为特殊, 传统的扣除方案已不再适用, 急需新的适合这一应用场合的方法。 通过建立光谱仪中拖尾现象的数学模型, 分析并仿真了常规拖尾扣除方法的失真问题, 提出了适合推扫式光谱仪器的新方法。 新方法使用已知图像信息估计景物的光谱分布, 以此计算光学暗行通道所代表的拖尾信号在每个应用通道中的贡献, 进而实现拖尾现象的扣除。 遥感图像处理结果的较为理想的LSF表明, 新方法效果良好, 适用于推扫式成像光谱仪中CCD拖尾现象的扣除。

为了实现光栅色散型成像光谱仪的实验室光谱定标，采用1243×576光敏元的背照减薄型CCD面阵探测器，设计了一套光谱定标装置，实现了光谱定位精度±1 nm的光谱定标方法。该方法多方考量了对光谱定标产生影响的因素，包括光源光谱分布、光栅分光效率、单色仪光谱带宽、谱线弯曲和Fringes现象。针对这些因素，提出了用于光谱波长定位校正的数学模型。光谱定标的结果表明：实验室光谱定标各像元平均光谱带宽为2.20 nm，谱线弯曲最大值为0.925 nm，弯曲方向符合理论方向。用汞灯等线谱光源进行复测，光谱定位误差最大值为0.6 nm，符合预定的定标精度要求。

分析了螺旋轴棱锥的结构和光传输特性，基于衍射积分理论研究了发散球面波和拉盖尔-高斯光束经螺旋轴棱锥后的传输过程。研究表明，发散球面波经过螺旋轴棱锥后产生贝塞尔光束，其阶数与拓扑电荷数相同，但中心光斑(空心光斑)半径随传输距离的增加而变大；拉盖尔-高斯光束入射后同样产生贝塞尔光束，但其阶数变为拉盖尔-高斯光束和螺旋轴棱锥的拓扑电荷数之和，出射光束的拓扑电荷数与阶数相等。

不同尺寸的局域空心光束可囚禁不同尺度的微粒，在生命科学和纳米科技中具有重要的意义。提出了一种利用普通球面透镜望远系统来变换局域空心光束尺寸的新方法。利用几何光学方法进行了分析，采用ZEMAX光学设计软件实现光线追迹进行模拟。实验中拍摄并测量了经望远系统变换前后的局域空心光束的尺寸。结果表明，局域空心光束尺寸的变换比等于两个透镜的焦距比（望远系统的放大倍率），理论分析和数值模拟与实验结果吻合。

利用Hankel波理论和几何光学原理对无衍射光经环形障碍物的重建过程进行分析，结果表明轴棱锥产生的无衍射光是由从轴棱锥出射的两列Hankel波的叠加而形成的，并用Zemax软件对无衍射光经环形障碍物的过程进行光线仿真，模拟了环形障碍物后的轴上不同位置处的截面光强图，研究了局域空心光尺寸与环形障碍物参数之间的关系。并通过实验进行验证，实验中利用轴棱锥输出无衍射光，且在最大无衍射距离内放置环形障碍物，用CCD系统记录无衍射光经环形障碍物后的光强变化，实验和仿真结果基本吻合。仿真和实验结果均表明无衍射光束经环形障碍物后会重建并能产生中心光强为零的局域空心光束（Bottle beam），在光镊和光学微操作等方面具有潜在的应用价值。

提出一种用环形光束产生局域空心光的新方法，即用环形光束垂直入射锥透镜底面，沿光轴方向就会产生局域空心光。用几何光学分析模拟了环形光束产生的局域空心光的过程和传输方向上不同位置的截面光强分布，推导了局域空心光暗域的横向和径向大小的计算式，分析了影响局域空心光暗域的大小的因素，并给出相关的实验结果，实验与理论基本吻合。与双锥透镜、锥透镜透镜产生局域空心光相比，这种方法结构简单，元件容易加工，具有重要的应用价值。