光是一种包含多维信息的电磁波,其光强、相位和偏振参量都携带大量信息。其中,光强可以由相机进行捕捉,简单且高效;但对于偏振和相位,其探测系统一般结构复杂,且只能探测单一的参量,不能满足现代光学探测系统的集成化发展需求。近年来光学前沿领域的超表面光学器件以其轻量性的特点和对光参量的灵活调控,为光束的相位和偏振等多参量同时探测提供了一种新的思路。本论文主要围绕基于偏振敏感超透镜阵列的多参量探测系统进行了研究,在搭建的多参量探测系统基础上,针对该套系统的主要误差来源进行了系统分析并优化了探测算法,最后测量了该系统优化后的精度指标,基本满足市面上单独的光参量探测系统的精度要求。本文主要研究内容如下:(1)基于斯托克斯参数偏振探测和夏克-哈特曼波前探测的基本原理,构建了一种基于偏振敏感超透镜阵列的多参量探测系统,并完成了探测算法的设计与编写,以及软件界面的搭建。(2)针对该系统的探测流程,分析了可能带来探测误差的各项因素。在误差分析的基础上,研究了插值算法对偏振还原误差的影响,并提出了一种用于该系统的高精度的质心算法。仿真和实验结果表明,将双三次样条插值算法应用于偏振还原能够较好的减小边缘伪影引入的误差;采用提出的基于自适应阈值的强加权质心算法,能够将质心最大偏离度减小至0.17像素。(3)通过实验测量了该多参量探测系统的各项精度指标。该系统的偏振角精度为±0.89°,偏振椭圆率角精度为1.87°,偏振度精度为0.59%,与商用偏振探测仪器精度相当;该系统的波前探测精度为λ/15 rms,灵敏度为λ/118 rms,动态范围大于900λ,与商用波前传感器精度相当。