信息时代人们对信息的获取有了更高的需求。光学模拟计算无需考虑复杂的算法,成像快且耗能小的特点让其有别于传统的数字运算,而光学微分作为光学模拟计算的重要分支,具备能耗低、结构简单且高效等优点。光学微分是微分运算在模拟信号调制领域的重要方式,是光学处理的重要手段,其主要充当了空间滤波的作用,即去掉图片中的低频成分而突出图像的高频成分,让图片轮廓得到充分的体现。光学微分属于空间光学的范畴。为了探讨光学微分运算在边缘图像处理方面的潜在应用,追求器件和平台的微型化,本论文不同于早期的光自旋霍尔效应和表面等离子体等原理,创新性的引入各向异性晶体作为光学微分的核心元件。主要研究工作和成果如下:（1）设计并实现了与各向异性晶体有关的微分处理器。微分处理器作为微分运算的核心,其光学原理为基于各向异性结构晶体的双折射效应。空间光学微分的本质是空间上的微分束,而双折射是各向异性结构晶体的固有光学特性,可控性强。常见的各向异性晶体结构物质包括方解石、石英等,简单易得,加工得当的情况下可实现理想的分束状态。论文中详细介绍了该微分器的设计思路,在出射端加入玻片,通过相互正交的偏振片后,入射光束就可实现光学微分运算。（2）借助量子弱测量工具,实验研究光学边缘成像。实验观测了双折射分束器中微弱的双折射效应,测试了晶体双折射及其图像处理效果。本文通过分析整理实验数据得到光学空间传递函数的变化曲线,并验证了此方法的正确性。实验结果表明,图像信息可以得到有效的多维边缘呈现。综上所述,本论文工作对光学图像的边缘检测和处理提供了新的思路,为空间光学微分提供了新的可能。