基于亚波长光栅的泄漏模共振效应和等效介质理论，利用Comsol Multiphysics软件设计分析了针对1 550 nm工作波长的一维悬浮亚波长氮化镓光栅偏振分束器。通过改变光栅的宽度、高度以及周期来确定最终的参数。仿真结果显示，在正入射条件下，该偏振分束器在C波段(1 530～1 565 nm)对TE模具有很高的反射率，同时对TM模具有很高的透射率，消光比达到20 dB以上，TM模透射率高于98%。

设计了一种基于定向耦合结构的光子晶体偏振分束器。该分束器由两个单模波导构成, 通过调节两个单模波导的宽度可以改变耦合长度。利用时域有限差分法进行仿真分析, 结果表明, 在波长1550 nm下TE和TM两种偏振模可以分束, 透射率都达到90%以上, 消光比分别达到22.4 dB和18.2 dB。该光子晶体偏振分束器的尺寸为25.8 μm×13 μm。

在光纤通信中, 为了在不改变调制波长范围的基础上仍能实现更多数据通道的波分复用, 设计了一种新型的小尺寸窄带偏振分光器, 用于对现有的数据通信网络进行扩容以及提高光信号的信噪比。 在该分光器上蒸镀了两种新设计的膜系, 一层是窄带滤光膜, 另一层是偏振分光膜。 采用TFCalc软件仿真, 设计结果中窄带滤光膜的带宽约为0.4 nm, 偏振分光膜在1 530～1 560 nm范围内对p光的通透性能优于99.8%。 基于以上膜系设计在BK7光学玻璃上实际制备两组膜系, 实验采用Agilent 8164-A型光波测量系统对经过膜后的光进行光谱分析。 结果显示, 窄带滤光膜的实际带宽优于0.4 nm, 增益平坦度小于-0.05 dB, 相比现有常见的0.8 nm滤光膜具有更窄的带宽, 可以实现在调制波长范围不变的条件下增大波分复用的数据通道总量。 偏振滤光膜的实际p光透光率为99.6%, 相比仿真值略低, 但仍优于设计要求, 相比传统分光器的光信号强度保留效果更好, 具有更高的信噪比。 综上所述, 该分光器具有更好的应用价值和实用意义。

针对现有普通偏振分光棱镜（PBS）消光比低、偏振串扰等不足，提出一种由PBS和偏振片构成的高精度偏振分光系统。在PBS的反射通道和透射通道插入偏振片，并调整偏振片的透光轴方向，以便最大程度地抑制偏振串扰。理论计算和数值仿真一致表明，该偏振分光系统能够实现更高精度的偏振分光。实验测得，当入射光强度比为-47.5 dB时，普通PBS的偏振分光误差为57.3%，添加了偏振片的偏振分光系统的偏振分光误差为14.3%；而当入射光强度比为47.8 dB时，普通PBS的偏振分光误差为15.5%, 添加了偏振片的偏振分光系统的偏振分光误差为8.6%。提出的偏振分光系统简单实用，可广泛应用于偏振光学系统中。

成像光谱仪能够获得目标表面图像特征和频谱特性,提高目标识别分析能力,在军用、民用领域有广泛应用。红外焦平面阵列的等光程间隔采样特性是限制光谱仪分辨率的重要因素。激光干涉光路与成像系统同光路,为红外焦平面阵列提供采样触发信号,实现等光程差采样。通过搭建激光偏振移相干涉光路,对干涉信号幅值和相位差进行理论分析和实际验证,最终调试得到两路正交干涉信号,相位差范围为84.6°~93°,反射透射光强幅值比例小于1∶1.05。实验结果表明,干涉光路中1/8波片角度、偏振分光片角度、探测器位置等参数是影响干涉信号幅值和相位差的重要因素。

针对多幅图像测量系统在多光谱测量等领域中的广泛应用前景, 以及现有多幅图像测量系统存在的多传感器间难以实现同步、所得图像光强度信息不均匀、光轴不一致以及仪器构造复杂, 价格昂贵且不易于微型化等问题, 研究设计了一种基于单帧图像获取多幅图像信息的新型分光图像测量系统。文中设计的分光图像测量系统可将单幅图像分为四幅图像并且解决了上述问题, 提供了一种分光图像测量的新思路。

为了满足自适应光学中激光导星系统的要求，根据薄膜理论，选择合适的薄膜材料，采用针式优化算法并建立与膜内电场强度相关的膜系评价函数，优化出满足要求且电场强度分布较低的膜系。通过电子束加热蒸发和离子源辅助沉积制备薄膜。制备的偏振分光膜满足偏振耦合分光系统的使用要求，通过了环境测试并具有较高的激光损伤阈值。

为了提高工作在太赫兹波段偏振分束器的性能, 采用激光诱导与化学镀铜的方法在聚酰亚胺衬底上制作了亚波长周期金属线栅太赫兹偏振分束器, 并以返波振荡器作为太赫兹辐射源搭建了偏振分束特性测试系统。当入射波频率为340GHz、入射角为45°时, 测得在入射波偏振在0°～180°变化过程中, 该偏振分束器具有良好的偏振分束特性, 透射和反射的消光比分别为27.3dB和10.5dB, 插入损耗分别为0.13dB和0.32dB; 用太赫兹时域光谱系统测得偏振分束器在0.2THz～1.5THz频域内透射消光比大于18dB。结果表明, 测试结果与时域有限元方法模拟结果基本吻合。

基于膜系误差灵敏度主动控制的稳健设计思想，对比研究了一种新型正交偏振双频激光器中高性能偏振分光膜(PBS)不同应用方案的误差响应特性。发现了决定其膜层参数误差灵敏度的本质因素，找到了一种低误差灵敏度的高性能激光PBS方案，其膜系结构简单，易于低成本高成品率的批量生产，对该双频激光器的研制、工程化及应用将起到积极作用。

设计了一款大视场、免散瞳便携式眼底相机。综合考虑接目物镜被成像和照明系统共用、人眼的像差和视度差异等因素，采用16重结构进行优化设计。设计结果的视场角达60°，分辨率为200万像素，对-8 D~+10 D(1 D=1 m-1)的人眼普遍适用，在120 lp/mm处各视场的调制传递函数(MTF)均大于0.2，畸变小于5%。为消除角膜反射产生的严重杂散光，提出采用LED环形光源改进传统科勒式照明光路，不仅保证眼底照明均匀，而且大大提高了系统的光能利用率，降低了光学系统的复杂程度。为了解决传统系统中接目物镜杂散光无法消除的难题，提出采用偏振分光棱镜代替系统中的分光镜，同时在接目物镜前端加入λ/4波片，消除了99.5%以上的由接目物镜反射产生的杂光。