偏振光的偏振角度测量在无损检测、生物与食品工程、导航与探测等领域中都具有重大的意义。目前,对偏振角度的测量大都集中在单点测量上,虽然测量简单、速度快,但忽视了被测物的旋光不均匀性。对偏振面的测量大部分是测量光的偏振程度而非偏振角度,偏振旋光角度场的测量现在还没有准确、有效的方法。本文基于对偏振分束理论的分析,提出了基于偏振分束成像的旋光角度场测量方法,并探索研究了其在磁光成像上的应用,具体内容如下:(1)结合偏振光的数学描述和偏振旋光测量的特点,采用琼斯矢量法深入研究了偏振分束测量旋光角度的基本原理。根据对分束后两偏振光琼斯矩阵的分析,发现两光强“差除和”后能直接得到旋光角度的正弦值且结果不受光强波动影响,由此结合CCD线性成像特点提出了基于偏振分束成像的旋光角度场测量方法。(2)基于以上原理特征,设计并构建了基于偏振分束成像的旋光角度场测量系统,并根据成像噪声与两成像图片不匹配的系统特征,研究了基于中值滤波和归一化积相关的图像匹配处理方法。(3)为了验证本文方法的可行性及优点,设计了偏振分束成像系统与传统的偏振消光系统对1/2波片进行旋光角度场测量的对比实验。实验的测量结果表明,偏振分束测得的旋光角度值误差小、更接近理论值,且多次测量的均方差为0.14,小于偏振消光法的0.4,而且偏振分束测量结果不受光源光照强度波动的影响,偏振分束成像测量能够有效地测量整个检查面的旋光角度值,结果更加直观准确。(4)针对目前磁光成像中存在的光强波动影响、结果难以量化和图像效果差等问题,本文提出了基于偏振分束的磁光成像检测方法,分析了磁光成像检测的原理,结合前面的研究设计了基于偏振分束的磁光成像检测系统,通过对法拉第磁致旋光的测量验证了偏振分束成像在磁光成像检测中应用的可行性。