偏振光学成像是一种非标记、无损伤的检测技术，对亚波长微观结构的变化比较敏感，可以提供丰富的组织结构和光学信息。然而，在可见波段范围内，生物组织是强散射介质，光在组织中传播时会经历多次散射，失去原本携带的相位和偏振信息，从而影响光学成像的对比度和分辨率。本团队结合空间频域成像和偏振光学成像方法，搭建了偏振空间频域成像系统。通过高频空间频域成像控制照明光的穿透深度，利用穆勒矩阵表征样品浅层的偏振参数，进而反映样品浅层的微观结构信息。实验结果显示：偏振空间频域成像系统测得的灰阶板漫反射率与标准值线性相关（R²=0.99988）；退偏系数与脂肪乳体积分数成正比关系，二向衰减系数随二向衰减器导致的二向衰减增大而增大；该系统可以准确测量四分之一波片和全波片的相位延迟，表明该系统可以准确测量样品的偏振参数。对比传统偏振光成像和偏振空间频域成像结果可以发现，偏振空间频域成像可以有效控制成像深度，精确测量样品浅层的穆勒矩阵。采用该系统对烧伤猪皮进行检测，测量结果显示：猪皮组织内部的胶原蛋白结构被破坏，相位延迟降低。本研究结果预期能够有效提升浅层组织偏振特性检测的准确性，促进肿瘤的早期检测。

从分析超构单元的相位调控原理入手，讨论如何利用多个光学自由度实现多功能的光学响应。作为验证，以非晶硅矩形纳米柱组成的超构表面为例，展示了不同相位机制对光场的多维度调控能力。该研究为超构表面的灵活设计提供理论支持，同时对多功能超构器件的研究进展进行介绍和展望。

针对波片常规设计中存在的零级波片厚度过小而不易制作、多级片的相位延迟量受温度影响较大的现状，给出了一种设计厚单元零级波片的思路与方法。根据单轴双折射晶体的光学性质，给出了厚单元零级波片设计的原理公式，据此使用任意单轴双折射晶体设计出可选择厚度的零级波片。分析了波片的厚度精度和温度变化对厚单元零级波片相位延迟量的影响，并与常规设计波片进行了比较。分析结果表明：1 μm的厚度偏差对厚单元零级波片相位延迟量的影响小于0.3°，仅为相同厚度偏差下常规设计零级波片和多级波片的近6%；温度的变化对厚单元零级波片相位延迟量的影响与其对常规设计零级波片的影响相近，而温度的变化对厚单元零级波片相位延迟量的影响仅为相同厚度常规设计多级片的近1/30。针对三个波长波片设计制作了实验样品并进行了实验测试，验证了厚单元零级波片设计和制作的可行性。所设计的厚单元零级波片具有综合相位延迟性能和厚度可以灵活设计的特点，且便于制作，较常规设计波片具有明显的优势。

为了减小空间分辨率下降以及传统插值方法无法较好地适应单元不匹配等因素对分焦面偏振探测系统的影响, 提出了一种基于卷积插值的偏振信息解算方法.用标记、插值方法来提取偏振图像, 从而计算偏振信息.然后, 通过最小二乘法校正分焦面偏振探测系统, 校正后其偏振度误差小于2.5%, 偏振角误差小于0.25°.最后, 利用所提插值方法对不同的探测器与偏振光栅阵列组合实际成像.实验结果表明, 该方法能够有效降低空间分辨率下降的影响, 适应模块化的分焦面偏振探测系统.

基于平面偏振干涉测量原理,提出了一种用于平板玻璃中部应力检测的偏振移相干涉测量法。通过旋转检偏器实现了偏振移相,采用建立的数学模型得到了应力双折射数值及其分布曲线,由玻璃的应力光学系数得到了中部应力值。对浮法平板玻璃样品的中部应力进行了实验研究,结果表明,所提方法的测量误差可控制在3%以内,测量重复性优于1 nm/cm,验证了所提方法的可行性。

有机薄膜半导体器件在微电子和光电子领域具有重要的研究与应用价值, 其成膜质量是影响器件性能的重要因素, 如空间分布的均一性.采用反射差分显微测量方法, 对各向异性基底上生长的并五苯薄膜的反射差分显微图像进行分析, 研究了该薄膜参数空间分布的非均一性, 同时展示了反射差分显微术在薄膜制备检测及工艺研究的应用价值.

为了研究Rochon棱镜反向使用消光比特性, 采用分析棱镜胶合剂中光弹效应的方法, 对Rochon棱镜正、反向使用时消光比进行了分析, 并设计了实验, 从理论和实验上对平行光反向通过Rochon棱镜时消光比下降的原因进行了研究。结果表明, 当平行光正向通过Rochon棱镜时, 消光比为1.14×10-5; 反向通过时, 消光比为2.93×10-3;反向通过加上λ/4波片后, 消光比为5.72×10-5; 准直光束反向通过Rochon棱镜时, 由于胶合剂中的光弹效应的存在, 使得传播方向不改变的一束光的消光比下降, 验证了理论分析的正确性。该结果可为Rochon棱镜的设计制作和正确使用提供必要的参考。

为了提高偏振光导航定位的可靠性和实时性, 提出了一种利用多方向偏振光的自主式导航定位方法并搭建了样机。通过样机多方向阵列结构中的偏振光导航传感器实时检测天空多个方向的偏振光信息, 并对这些信息进行优选和融合处理, 计算得到更加可靠且准确的太阳空间位置。最后根据太阳空间位置, 结合时间和地磁场分布信息, 计算样机所在位置的经纬度, 实现实时定位。基于可视化软件LabVIEW编写样机上位机程序, 能够实时采集样机中传感器数据, 同步处理计算且实时显示载体地点经纬度, 数据更新率可达10 Hz。静态测试结果表明, 定位样机性能稳定, 经度方向上的定位精度为±0.4°, 纬度方向上为±1.2°, 定位精度较高, 可应用于实际导航。

为了研究矿石的多角度偏振反射特性, 采用改变光源入射角和探测角的方法, 测量矿石在可见光波段的反射偏振光谱, 并进行了理论分析和实验验证。结果表明, 矿石的偏振度在可见光波段受波长影响较小, 偏振度大小稳定, 而入射角和探测角对矿石的偏振度光谱影响显著; 随着入射角和探测角的增大, 矿石均表现出先增大后减小的趋势, 最大值出现在布儒斯特角附近; 当入射角和探测角在55°~65°范围变化时, 矿石偏振度差异显著, 其中因组成颗粒较小结晶程度较高的玉髓偏振特性最强, 而非晶质结构的蛋白石偏振特性最弱。该研究利用偏振度对矿石进行鉴别和分类, 具有一定的可实行性, 这为矿石检测提供了新的途径。