高光譜成像數據包括2D空間信息和1D光譜信息根據。根據光譜分光方式的不同，光譜成像技術主要分為色散型、濾光型、干涉型等，成像原理也不一樣。本文主要介紹了濾光型高光譜成像技術的原理。

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傳統的濾光型光譜成像技術是在寬波段成像光路中，增加帶有窄帶濾光片的切換機構，每次一個窄帶濾光片切入光路，并得到該波段窄帶空間圖像，各個窄帶濾光片先后切人光路，獲得完整的光譜數據立方體，常用于多光譜成像。

可調諧濾光型光譜成像技術就是在這種方式的基礎上發展而來，通過可自由調諧的濾光器件，實現每個瞬態得到一個窄帶圖像，常見的可調諧濾波方式有聲光可調諧濾光型（Acousto-optic Tunable Filter，AOTF）、液晶可調諧濾光型（Liquid Crystal Tunable Fil-ter，LCTF）、電光可調諧濾光型、Fabry-Perot可調諧濾光型等。

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1.?聲光可調諧濾光型

AOTF有共線型和非共線型兩類。在聲光晶體介質中，共線型AOTF 人射光、衍射光、聲波的傳播方向相同「8]，而非共線性型AOTF人射光、衍射光、聲波的傳播方向不同”。盡管共線型AOTF具有人射角孔徑大和分辨率高的優點，但是符合共線條件的聲光晶體不多，并且共線型AOTF的結構比較復雜，因此限制了共線型聲光可調諧濾波器的應用和發展。

聲光可調濾光器是根據各向異性聲光晶體介質中的反常布拉格（Bragg）衍射的原理研究制作而成的一種新型的分光元件，如圖所示，主要由可調諧射頻源、壓電超聲換能器、聲光晶體、壓電超聲換能器和吸聲體組成。可調諧射頻源給壓電超聲換能器提供頻率可調的高頻電信號激勵。壓電超聲換能器利用壓電晶體的逆壓電效應，接收高頻驅動電信號，在交流電場的作用下，通過機械振動把電信號轉換成同頻率的超聲波，并傳入聲光晶體中。

聲光晶體是聲光可調濾光器的核心，是光波和聲波相互作用的場所，當滿足布拉格衍射條件時，人射光會產生布拉格衍射，對于一定的超聲波頻率，只有一定的光波長才會發生衍射，改變超聲波的頻率就能改變衍射光的波長。聲光晶體一般采用具有較高的聲光品質因素和較低聲衰減的雙折射晶體，光譜成像中常用的聲光晶體有Te0z。吸聲體吸收通過晶體后的聲波，防止反射回去的聲波與入射時的聲波和光波產生相互作用。

根據聲光濾光器原理，非共線型AOTF 的調諧關系為

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式中：λ1為衍射光波長；va為超聲聲速；△n為雙折射引起的折射率差；fa為超聲波頻率；Θi，為入射光與晶體光軸的夾角。

通過式（2）可知：

①電信號的頻率f。控制超聲波頻率f；

②一個超聲波頻率f對應一個衍射光波長入，當f發生變化時，入。必將隨之相應地改變；

③改變電信號的頻率f。可快速選擇衍射光的波長A。；

④如果離散步進地調諧超聲波頻率f，則可獲得一定波段范圍內的光譜數據立方體。

與棱鏡、光柵色散型光譜成像技術相比，聲光調制型光譜成像技術特點是：

①體積小、重量輕、全固態無移動部件；

②電調諧易于快速實現波長任意切換或連續掃描，時間分辨率高，16000 波長點/s；

③利用反常布拉格衍射，衍射效率高，適用于作為光譜分析儀器AOFF實際應用：2003年，ESA 發射的火星探測器及2004年“勇氣號”和“機遇號”均采用 Brimrose公司的微型AOTF近紅外光譜成像儀。

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2.?液晶可調諧濾光型

液晶可調諧濾光片 LCTF是利用液晶電控雙折射效應制成的新型分光器件。LCTF 由多個Lyot波片單元級聯構成，單組Lyot波片如圖所示，由偏振片、液晶、石英構成相位延遲片。

當一束線偏振光通過液晶時，對于波長為入的光，其0光和e光的相位差為

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（3）式中：d為液晶層厚度；Δn為液晶對波長；光的雙折射率，它取決于波長λ、溫度T和電壓V

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（4）式中：Δn（T，λ；）為溫度T、波長λ；、電壓V=0時液晶的雙折射率；f（V）為液晶雙折射率隨電壓變化的函數。偏振光經檢偏后，將發生干涉，其透過率為

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（5）由式（5）可知，調節電壓使得液晶的雙折射率發生變化，從而導致光譜透過率發生變化。在單組Lyot波片中，0光和e光產生的光程差為通過液晶和通過石英產生的光程差。在級聯結構中，每組Lyot單元的光程差是前一組Lyot單元光程差的兩倍。經過六級調制后，LCTF能夠獲得窄帶濾光片的效果。

LCTF 濾光型光譜成像技術的特征是：施加不同的電壓，調節雙折射液晶造成的相位差，從而使不同波長的光發生干涉，實現對不同波長的連續可調性掃描；優點是：無移動部件、孔徑大、視場角大，采用電控可實現連續可調諧。但LCTF 采用偏振片進行起偏、檢偏，使得光能利用率低，探測器需采用低照度寬波段探測器，或像增強器，不利于目標探測識別，限制了實際應用。

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