Esta frase é ambígua, e a sua análise pode ajudar às possíveis interpretações.

1— «Sua imaginação povoa o (mundo de demónios).»

Neste caso, a imaginação ocupa «o mundo de demónios». Assim, «de demónios» é complemento determinativo (terminologia tradicional portuguesa) ou um adjunto adnominal (terminologia brasileira).

2— «Sua imaginação povoa o mundo (com) demónios.»

Assim «(de/com) demónios» será o complemento adverbial de matéria.