为了满足高精度偏振探测要求，通道型偏振光谱仪在设计时需要考虑望远镜组偏振效应的影响，并对其进行相应的分析和优化。首先，分析望远镜组偏振效应的影响因素，采用坐标变换和穆勒矩阵连乘法建立了考虑膜系偏振效应的望远镜组穆勒矩阵模型，并带入通道型偏振光谱仪偏振解调模型。接着，通过同时控制S光和P光的透过率和相位延迟，设计相应的低偏振效应膜系。最后，运用偏振光线追迹的方法对镀有不同膜系的望远镜组进行偏振效应仿真。仿真结果表明，在580 nm和750 nm波长处，低偏振效应膜系与高偏振效应膜系的偏振探测精度变化不明显。而在420 nm波长处，低偏振效应膜系相较于常用膜系的边缘视场偏振探测精度提高了3.22%。低偏振效应膜系可以有效降低通道型偏振光谱仪望远镜组偏振效应，提高仪器的偏振探测精度。

针对现阶段强度调制偏振光谱测量技术在光程差域内不同通道间存在频谱信息串扰的不足，采用加窗插值傅里叶变换法，研究了不同切趾函数对强度调制偏振光谱测量技术的影响。首先，进行强度调制偏振光谱测量技术理论分析，完成强度调制模块的设计；其次，根据强度调制模块的设计指标，模拟入射光的光强信息及采用不同切趾函数的信息解调复原过程；最终，对强度调制偏振光谱测量系统进行仿真，根据仿真模型结合高分辨率光谱仪、平行光管等器件完成偏振光谱测量装置的搭建，进行偏振光谱测量实验。研究结果表明，偏振光谱测量系统设计指标选择合适的切趾函数可以减少光强信息截断过程中造成的频谱能量泄露，使光程差域内不同通道之间的串扰信息减少、偏振光谱复原精度提高，不同切趾函数切趾处理后线偏振光的偏振度最小误差由0.076 8减小到0.001 4，偏振度接近1。

为了提高静态偏振光谱成像系统光谱分辨率并获得更好的目标识别能力，设计了正交组合沃拉斯顿棱镜组结构，配合静态相位调制技术完成了目标的偏振光谱成像。该技术采用了多级棱镜组合的方法在不扩大原有静态干涉棱镜尺寸的条件下扩大了空间光程差变化范围，从而提升了静态光谱分辨率。通过相位调制与图像周期性匹配的方法完成了二维图像与光谱分离。仿真分析了结构尺寸与调制度对光谱分辨能力的函数关系。实验采用计算模拟验证了二维图像与光谱分离的可行性。在晴天与阴天两种不同状态下，测试了30.0 cm铝板目标的信号对比度，采用偏振光谱成像并完成数据提取的测试结果均值为53.4%和49.3%，而基于强度图像的测试结果均值为24.4%和14.1%。文中设计可以改善目标识别效果，提高光谱分辨精度。

针对不同龋齿损伤程度有效表征问题, 探究一种光谱偏振无损低耗的检测方法, 作为对常规检测方法如化学分析法、 表面轮廓测定法、 显微放射照相术的有益补充。 牙齿龋齿损伤由脱矿溶解牙釉质与牙本质的钙与磷酸盐造成, 牙齿组织表面微观结构发生了不同程度的变化, 结构的变化导致其对光波散射特性与相位改变呈现不同程度的差异。 基于偏振光谱对观测样本表面微观结构敏感的特征, 不同龋齿损伤样本其表面微观结构变化与偏振信息强烈关联, 提出一种光谱偏振有效表征牙齿龋齿损伤度的方法。 分别选取450, 550, 670和860 nm四个不同观测光谱研究波段, 选择六个不同龋坏程度的实验样本, 选取偏振度参量描述不同牙齿样本的光谱偏振特性。 实验结果表明, 同一观测光谱波段随着牙齿龋坏程度的加深其偏振度表征参量呈现增加趋势, 同时, 对于同一观测样本450 nm光谱波段的偏振特性强于其他波段, 呈现观测光谱波段与其偏振特性负相关关系。 为进一步定量刻画偏振光谱与牙齿龋坏损伤等级的表征关系, 构建光谱偏振特征参量与不同损伤等级牙齿样本的指数关联数学模型, 通过数学模型解译其内在耦合关联。 为有效验证构建模型的稳健性, 对模型仿真预测结果与实测数据进行定量化验证, 选取和方差(SSE)、 模型确定系数(R-square)、 均方根(RMSE)等评价因子对构建的模型进行定量评判。 结果表明, 四个不同光谱波段的模型确定系数均接近于1, 和方差与均方根数值均较小, 且450nm观测光谱波段接近于0, 定量评价结果验证了构建模型的稳健性与有效性, 构建模型可有效解译不同龋齿样本与光谱偏振特征的耦合关联。 该研究内容有效扩展了牙齿龋齿检测方式, 揭示了光谱偏振可有效表征龋齿损伤, 发展了一种无损低耗的新型偏振光谱检测技术手段。