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在一般的光学系统设计中，都假设光线服从几何光学规律，认为系统会均匀地传播所有的偏振态。但是只有在光的两个正交偏振分量的振幅变化和波前差足够小，以致可以忽略的时候，这种假设才会成立。对于高数值孔径、大入射角、宽光谱的空间光学系统来说，上述的假设并不成立，此时偏振已经成为影响其光学系统性能的一个重要因素。为了减小乃至消除空间光学系统中的偏振像差，本课题对其进行了一系列的研究。
系统地介绍了偏振像差的来源和一些偏振像差的基础理论，包括琼斯算法在计算光学系统中的偏振像差的应用，偏振像差函数和偏振像差函数的两种计算方法即偏振光线追迹和偏振像差函数的二次扩展式。
为了验证高数值孔径、大入射角、宽光谱的空间光学系统中偏振像差的存在，在激光数字波面干涉仪上对偏振像差进行了实验研究。用Zemax软件和CodeV软件对激光数字波面干涉仪光学系统分别进行普通光线追迹和偏振光线追迹，PV值增加了33.59％。然后第一次在该系统上对偏振像差进行了实验研究。PV值增加了34.48％。可以看出二者基本吻合，从而验证了空间光学系统中偏振像差的存在。
系统地介绍了Pancharatnam—Berry相位光学元件(PBOEs)的衍射特性和用亚波长周期光栅来实现PBOE的理论。介绍了怎样用琼斯算法来描述亚波长周期光栅，以及亚波长周期光栅对光波的相位造成影响的公式表示形式。较系统地介绍了FDTD算法。
用FDTD软件和Matlab软件设计了各种沟槽方向的光栅，并通过模拟得出了各种光栅对平面入射波的相位的影响，从而得出了改变光栅的沟槽方向就可以改变光波的相位的结论。并在这个基础上探讨了用亚波长光栅来减小乃至消除偏振像差的可能性。