随着信息技术的高速发展,人们对信息处理性能的需求也在不断提高,光学信息处理技术凭借其超高速、大带宽、低损耗等优势开始受到越来越多人的关注。人们尝试引入光学方法来提升信息处理的性能,并成功设计出多种光学模拟运算器件。传统的光学设计方案需要引入宏观尺寸的透镜,因此系统尺寸大,不易集成化。而近年来利用微纳光学技术设计的器件虽然将尺寸降低至波长量级,但由于设计的结构过于复杂,器件制备难度较高,目前只有理论结果报道。本文选取空间光场的模拟微分器件为研究方向,目的是设计并实现尺寸更小,结构简单易于制备和集成化的空间光场微分器。首先,本文基于金属表面等离激元和光学自旋霍尔效应两种不同的物理机制,分别讨论并简单推导了两种机制用于实现微分模拟运算的原理及可行性。然后根据理论结果设计实验方案并搭建光路,完成了一套用于测量微分模拟运算器件多项性能参数的光学系统。最后,实际制备样品器件,并通过控制不同的输入光场信号及输入条件,分别对两种器件进行了反射率曲线、一阶微分运算处理、图像边缘提取应用等多种测量,从器件的传递函数、有效带宽、极限分辨率、图像处理领域的应用效果等不同角度验证了器件性能,并与理论模拟结果相互印证,从实验上证实了两种微分器件设计方案的可行性。