光学偏振态为光波动矢量横向性的表现形式。它的数学描述与二能级量子系统的量子态一致,同样地光学偏振态也存在几何相位。目前几何相位的研究领域越来越广,本文主要研究光学偏振态的几何相以及它的应用。首先介绍偏振态的几种数学代数描述和几何表示,并引入Pancharatnam定义的偏振态之间的相位。讨论偏振态与二能级量子态的关系,得到Pancharatnam相位的微分几何的解析。研究在Sagnac干涉仪中插入单轴晶体,利用单轴晶体的纵向电光效应调制Pancharatnam位相。由于Sagnac干涉仪的顺、逆时针环路之间光程差为零,所以有利于区分顺、逆时针环路之间的非光程差引起的Pancharatnam相。结果发现在施加的电压连续变化下,由于单轴晶体纵向电光效应的特点使得Pancharatnam相发生两次突变,而顺、逆时针环路的光相干叠加后的光强却连续变化。通过严格按照Pancharatnan的偏振同相的定义来定义偏振波面,此波面上每一点都与某一点同相,但除了这点外的所有点之间就不一定同相。从简单的离散半波波片组合开始推导出波面位置方程,使用该方程获得不同的光轴连续分布半波波片组合的波面演化过程。并讨论了光轴随x坐标线性变化的情况,其出射波面为倾斜平面波,入射不同螺旋性的圆偏振光,波面的倾斜方向就会不同,可以制作为圆偏振光分束器。还讨论了q板的波面演化过程,找出波面的拓扑结构变化的原因,为以后使用q板改变更复杂波面的拓扑结构提供参考。