虚像相位阵列(VIPA:virtually-imaged phased array)具有大角色散和高分辨率,再结合衍射光栅能够将光谱映射到二维平面,更方便地对光谱进行处理,已被广泛应用于光滤波器、光谱仪、图像处理等领域,因此,很多研究者一直致力于完善其性能和应用。在以往的研究中,VIPA的基片被处理为理想的两个表面相互平行的玻璃平板,而实际上基片的平行度和光洁度会影响VIPA光路中的多级反射和干涉,从而对光谱分辨率和输出功率等造成影响。因此需要对非理想VIPA进行研究并对其存在的缺陷进行改进。VIPA的后表面反射率为95%,光束在两个面之间来回反射,对基片的面型、平行度和光洁度等要求极高,造成了制作困难,成品率低,价格昂贵和插损较大的缺点。本文基于VIPA的基本原理,研究了 VIPA的色散定律和二维成像原理,然后结合ZEMAX光学仿真软件分析了平行度和光洁度对VIPA的影响。针对VIPA的缺点,提出了低反射有限虚像阵列,分析了平行度和光洁度对低反射有限虚像阵列的影响,并提出了一种基于低反射有限虚像阵列的锯齿形光谱滤波器。本文的主要工作内容如下:(1)基于VIPA的基本原理,对VIPA的色散定律和二维成像原理进行理论分析,并对其成像面的光场分布和主要性能参数进行数值仿真,对比了不同色散定律的异同,为后边的研究做了准备工作。(2)基于VIPA的二维光谱成像原理搭建ZEMAX仿真模型,通过改变平行度和光洁度研究其对VIPA的影响,并搭建实验环境验证了仿真结果。平行度会影响VIPA的成像光斑的大小、最大功率所对应的波长和3dB带宽,光洁度主要影响功率损耗。(3)首次提出了低反射有限虚像阵列,它可以通过降低后端面的反射率降低输出端面的损耗,推导了其光场分布,并基于ZEMAX软件仿真分析了平行度和光洁度对低反射有限虚像阵列的影响,最后把它应用于锯齿型滤波器,能使损耗降低6dB,且无需采用大面积的光电探测器,采用的探测器成本低,噪声小,响应速率高。