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。

针对液晶可调滤光器所处的空间热环境设计了热真空及高低温循环试验方案,旨在通过试验验证液晶可调滤光器在空间热环境下的器件光学性能。热环境试验的结果表明,液晶可调滤光器的光谱曲线较试验前仅漂移不超时0.1倍带宽，透过率降低不超过2%。为确保器件在空间温度环境下的性能更加可靠,又设计了液晶可调滤光器的热控改进方案,将工作温度控制在35±0.5 ℃。仿真结果表明LCTF器件经过合理的温控设计完全可以适应空间热环境。

为了在有限带宽内增加参与谱合成的光束数目, 研究了光栅结构参数对光栅波长选择特性和串扰的影响, 给出了相应的优化设计方法。研究结果表明, 相比于透射式体全息光栅, 反射式体全息光栅的波长选择性曲线主瓣具有接近方波的形态, 更适合作为合束器件。为抑制串扰, 设计体光栅时应该增加光栅厚度, 减小折射率调制度和光栅周期, 并选用较小折射率的光栅介质。切趾技术可以进一步抑制串扰, 但会增加波长选择宽度, 实际中兼顾制作工艺的难度, 选用线性切趾体全息光栅是较为理想的方案。

提高各通道输出光信噪比，进行了复用体全息光栅的优化设计研究。推导了适用于角度放大器的多路复用体光栅耦合波理论，并与单路耦合波理论进行了比较。针对复用体光栅中的串扰问题，研究了调整光栅结构参数优化串扰的规律，并进行了实验验证。研究结果表明: 当相邻两路体光栅的布拉格角间隔小于二者角度选择半宽之和时，相互间串扰较强，必须使用多路耦合波理论描述复用体光栅中波的衍射行为。调整相邻路体光栅的矢量倾斜角间隔、减小光栅周期和增加光栅厚度都可以降低串扰，其中调整矢量倾斜角和光栅周期优化效果明显但会降低角放大率，增加介质厚度不影响角放大率但需要厚度增加数倍才有效。

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。

针对遥感高分辨率光谱图像的特点, 提出了一种将纹理信息与光谱信息相结合的分类算法。对传统的局部二值模式纹理提取方法(LBPV)进行改进, 并应用到高分辨率图像的土地覆盖分类中。结果表明, 加入LBPV纹理特征的分类算法具有很好的空间连续性以及较高的分类精度。

相位型液晶空间光调制技术已经广泛应用于自适应光学、信息光学等领域，然而一直存在着响应速度较低的问题。为了提高相位型液晶空间光调制器的响应速度，采用聚合物网络液晶制备近红外波段亚毫秒响应相位调制器，并对其光散射特性和瞬态响应特性进行了研究。通过降低聚合反应温度并提高紫外(UV)固化照度，可以降低器件的光散射强度，实现较好的相位调制。在此基础上，初步研究了聚合物网络形貌对最大光散射强度的影响。在高电压加载下，聚合物网络的电致伸缩效应会极大降低聚合物网络液晶的响应速度，使其达到秒级，经分析认为通过采用高介电各向异性的液晶材料可以降低阈值电压，提高器件的响应速度。