高光譜成像數(shù)據(jù)包括2D空間信息和1D光譜信息根據(jù)。根據(jù)光譜分光方式的不同，光譜成像技術(shù)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(shù)的原理。

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

可調(diào)諧濾光型光譜成像技術(shù)就是在這種方式的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，通過可自由調(diào)諧的濾光器件，實(shí)現(xiàn)每個(gè)瞬態(tài)得到一個(gè)窄帶圖像，常見的可調(diào)諧濾波方式有聲光可調(diào)諧濾光型（Acousto-optic Tunable Filter，AOTF）、液晶可調(diào)諧濾光型（Liquid Crystal Tunable Fil-ter，LCTF）、電光可調(diào)諧濾光型、Fabry-Perot可調(diào)諧濾光型等。

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1.?聲光可調(diào)諧濾光型

AOTF有共線型和非共線型兩類。在聲光晶體介質(zhì)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(yōu)點(diǎn)，但是符合共線條件的聲光晶體不多，并且共線型AOTF的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此限制了共線型聲光可調(diào)諧濾波器的應(yīng)用和發(fā)展。

聲光可調(diào)濾光器是根據(jù)各向異性聲光晶體介質(zhì)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(diào)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?？烧{(diào)諧射頻源給壓電超聲換能器提供頻率可調(diào)的高頻電信號(hào)激勵(lì)。壓電超聲換能器利用壓電晶體的逆壓電效應(yīng)，接收高頻驅(qū)動(dòng)電信號(hào)，在交流電場(chǎng)的作用下，通過機(jī)械振動(dòng)把電信號(hào)轉(zhuǎn)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(diào)濾光器的核心，是光波和聲波相互作用的場(chǎng)所，當(dāng)滿足布拉格衍射條件時(shí)，人射光會(huì)產(chǎn)生布拉格衍射，對(duì)于一定的超聲波頻率，只有一定的光波長(zhǎng)才會(huì)發(fā)生衍射，改變超聲波的頻率就能改變衍射光的波長(zhǎng)。聲光晶體一般采用具有較高的聲光品質(zhì)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(shí)的聲波和光波產(chǎn)生相互作用。

根據(jù)聲光濾光器原理，非共線型AOTF 的調(diào)諧關(guān)系為

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式中：λ1為衍射光波長(zhǎng)；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(hào)的頻率f。控制超聲波頻率f；

②一個(gè)超聲波頻率f對(duì)應(yīng)一個(gè)衍射光波長(zhǎng)入，當(dāng)f發(fā)生變化時(shí)，入。必將隨之相應(yīng)地改變；

③改變電信號(hào)的頻率f。可快速選擇衍射光的波長(zhǎng)A。；

④如果離散步進(jìn)地調(diào)諧超聲波頻率f，則可獲得一定波段范圍內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)立方體。

與棱鏡、光柵色散型光譜成像技術(shù)相比，聲光調(diào)制型光譜成像技術(shù)特點(diǎn)是：

①體積小、重量輕、全固態(tài)無移動(dòng)部件；

②電調(diào)諧易于快速實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)任意切換或連續(xù)掃描，時(shí)間分辨率高，16000 波長(zhǎng)點(diǎn)/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(shí)際應(yīng)用：2003年，ESA 發(fā)射的火星探測(cè)器及2004年“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”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(diào)諧濾光型

液晶可調(diào)諧濾光片 LCTF是利用液晶電控雙折射效應(yīng)制成的新型分光器件。LCTF 由多個(gè)Lyot波片單元級(jí)聯(lián)構(gòu)成，單組Lyot波片如圖所示，由偏振片、液晶、石英構(gòu)成相位延遲片。

當(dāng)一束線偏振光通過液晶時(shí)，對(duì)于波長(zhǎng)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(duì)波長(zhǎng)；光的雙折射率，它取決于波長(zhǎng)λ、溫度T和電壓V

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

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（5）由式（5）可知，調(diào)節(jié)電壓使得液晶的雙折射率發(fā)生變化，從而導(dǎo)致光譜透過率發(fā)生變化。在單組Lyot波片中，0光和e光產(chǎn)生的光程差為通過液晶和通過石英產(chǎn)生的光程差。在級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)中，每組Lyot單元的光程差是前一組Lyot單元光程差的兩倍。經(jīng)過六級(jí)調(diào)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(shù)的特征是：施加不同的電壓，調(diào)節(jié)雙折射液晶造成的相位差，從而使不同波長(zhǎng)的光發(fā)生干涉，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同波長(zhǎng)的連續(xù)可調(diào)性掃描；優(yōu)點(diǎn)是：無移動(dòng)部件、孔徑大、視場(chǎng)角大，采用電控可實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)諧。但LCTF 采用偏振片進(jìn)行起偏、檢偏，使得光能利用率低，探測(cè)器需采用低照度寬波段探測(cè)器，或像增強(qiáng)器，不利于目標(biāo)探測(cè)識(shí)別，限制了實(shí)際應(yīng)用。

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