水下光学成像技术对于海底资源勘测、海洋生态监测、水下搜索救援、水下考古等应用具有重要意义。相比传统水下摄像机，距离选通成像技术可以过滤选通切片外的后向散射噪声和环境背景噪声，实现高质量水下成像，但是在浑浊水体中仍然会受切片内后向散射噪声影响，导致成像距离缩短。对此，开展了光学偏振与距离选通成像结合的水下偏振选通成像技术研究，利用后向散射光良好的保偏性去除选通切片范围内的后向散射噪声，提升目标识别距离。通过理论仿真和实验研究，对比分析了不同水质下距离选通成像和偏振选通成像目标识别距离的差异。发现存在临界衰减系数c₀：当水体衰减系数小于等于c₀时，光学偏振对于提升距离选通成像工作距离无效果；当水体衰减系数大于c₀时，偏振可提升距离选通成像工作距离。实验中还发现，目标反射率会影响临界衰减系数。该研究有利于不同水质下距离选通成像的优化应用。

与常规的自发拉曼散射相比，受激拉曼散射 (SRS) 经常使用两束光场 (泵浦光和Stokes光)，这为偏振操控SRS过程提供了一个额外的自由度。为此，开展了泵浦光分别为圆偏振和线偏振的SRS对比研究。首先，基于非线性耦合波方程，从理论上分别推导了泵浦光为圆偏振和线偏振时 (Stokes光始终保持线偏振) SRS信号强度表达式。随后，以具有球对称的甲烷分子为例，实验测量了上述两种偏振光泵浦下甲烷分子υ₁和υ₃振动模在2800~3100 cm^-1的SRS光谱。实验结果与理论分析一致表明：SRS的信号强度不仅与泵浦光的偏振态有关，还与待测分子振动模式的对称性紧密相关。本研究结果为SRS的偏振应用提供了有益启示。

太阳光在地球大气传输过程中产生的散射会呈现出固有的偏振特性，因此利用大气散射偏振态分布特性及其与太阳照射几何以及地表观测几何之间存在的对应关系，为地球大气层内导航提供了可能。然而因气象变化造成的大气组分改变会直接影响光散射分布，从而影响基于偏振态分布的方向定位精度，因此在偏振导航实际应用过程中，其方向指引精度受大气状况影响较大。为研究不同气象条件下天空偏振态变化内在机理，研制了一台天空可见-近红外光谱偏振态自动测量仪。该仪器可按需进行定时段、定天区、多天候天空光谱偏振态测量，采用分时偏振同时分谱非成像测量体制。仪器主要由偏振分析模块、偏振检测方位定位驱动电机、微型光谱仪、GPS定位模块、嵌入式采集控制模块、二维载重转台等部分组成，光谱范围为390～960 nm，光谱分辨率为1.5 nm，观测视场为3°，光谱线偏振度测量精度优于98.85%，偏振角测量精度优于0.1°，单点观测时间小于9 s。经实验室定标和外场测试，表明该仪器可在多种气象条件下稳定观测天空光谱偏振态，其测量数据可用于天空偏振态影响机理相关研究。