现有声光可调谐滤光器（AOTF）调谐关系大多忽略旋光性影响, 忽略旋光性将影响声光滤波器的准确设计, 并会进一步影响其滤波性能, 故推导了旋光率与衍射波长之间的关系, 进而得到考虑旋光性的AOTF衍射频率-波长调谐关系; 针对AOTF衍射波长在不同温度下存在温漂, 因此影响AOTF的光谱分辨率, 从温度影响超声声速出发, 分析得到AOTF衍射波长在不同温度下与驱动频率的关系, 提出在不同温度下采用频率修正的方式跟踪衍射波长。 根据考虑旋光性推导所得AOTF调谐关系、 考虑到实时跟踪温度、 频繁变换驱动频率容易对系统造成破环, 影响使用效率, 因此采用10 ℃为一个温度段, 在一个温度段内根据中间温度使用一个驱动频率对AOTF进行调控, 每一温度段有相应的驱动频率-衍射波长对应关系, 叙述了具体的实现办法, 并做了相应的实验验证。 实验表明, 通过频率修正之后在相应温度下得到的衍射波长, 与普通室温未修正频率下得到的衍射波长相比, 前者与目标波长更相近, 误差减小一个数量级。 为AOTF在不同温度下的高精度光谱测量提供了重要的依据, 具有重要的实用价值。

考虑到现有Stokes参量获取方法测量速度慢、 测量精度低、 系统结构复杂等特点, 提出了一种基于双液晶可调相位延迟器(liquid crystal variable retarder, LCVR)和声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter, AOTF)的光谱偏振成像系统中全Stokes参量的新获取方法。 从AOTF和LCVR的工作原理出发, 介绍了系统的基本探测原理; 根据偏振分析提出了快速获取全Stokes参量的新方法——该方法选取四个固定的LCVR控制电压, 同时控制两个相同的LCVR对光波进行相位调制, 得到四组(八个)两两相同的相位延迟量即可求得Stokes参量。 此外, 设计了能够稳定输出均方根为0~+8.72 V连续可调方波的LCVR控制器, 并对其进行定标, 实现了不同波长下光波的精确调制。 搭建实验样机, 以偏振方向分别为0°, 90°和45°的三个偏振片P1, P2, P3作为偏振测量目标, 测得了波长为632 nm时的全Stokes参量图; 以画有夹角为30°的红色、 绿色、 蓝色三色线条的实验板作为光谱测量目标, 对400～750 nm光谱范围的71个通道(光谱带宽为5 nm)进行光谱成像, 得到了与红色、 绿色和蓝色的分析谱段范围相一致的光谱曲线。 结果表明, 该系统不仅可以快速准确地获取全部Stokes参量, 而且系统结构简单、 成像质量良好。

针对声光可调谐滤光器(AOTF)多光谱成像系统中存在色差, 使得不同波长下成像清晰所需焦距有所差异, 即使在固定波长下, 由于横向(衍射方向)光谱展宽, 出现横线清楚竖线模糊的现象, 本文对AOTF中的色差做了具体分析, 指出了成像模糊的原因。 根据AOTF多光谱成像系统成像特点, 进一步提出了一种改进的SSIM算法作为图像的清晰度评价函数, 原算法中目标为两幅图像(一幅为参考图像, 一幅为待测图像), 而此算法中将目标设定为一幅图像中的相邻行进行相似度分析, 明暗变化边缘相似度小说明对比度大, 从而图像较为清晰。 使用以此算法为核心的自动聚焦对AOTF多光谱成像系统中由色差引起的图像质量进行补偿, 计算量小, 速度快。 通过实验验证了此补偿策略的可行性和实用性, 结果表明此策略能够有效解决AOTF多光谱成像系统中因色差引起的图像模糊问题, 具有重要的应用价值。

基于声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter, AOTF)光谱成像分析仪在可见至红外光谱的多个谱区内广泛应用, 对AOTF的光谱带宽及衍射效率提出了更高的要求。 超声换能器作为AOTF的核心部件, 其3 dB工作带宽决定AOTF的光谱衍射范围, 故在同一声光介质上制作两片厚度不同的换能器来提高AOTF光谱带宽。 由于超声换能器在不同频率下具有不同的输入阻抗, 当驱动信号源输出阻抗与超声换能器输入阻抗失配时会产生能量损耗, 导致无法把功率最大限度的传递给超声换能器, 从而使AOTF光谱衍射效率降低, 影响光谱成像清晰度。 通过射频电路先进设计系统(ADS)仿真及实验测试, 设计了一种新型宽带阻抗匹配网络, 在60～200 MHz带宽范围内, 阻抗匹配网络功率效率达到90％以上, 光谱衍射效率最高达90％, 提高了在420～1 150 nm波段内的光谱灵敏度。

声光可调谐滤波器（AOTF）具有体积小、 波长稳定性好、 扫描范围宽、 调制速度快等优点, 在光谱成像中被广泛应用, 但单独采用AOTF的成像光谱偏振探测还较少。 为此提出只采用两个AOTF的成像光谱偏振探测新方法。 该方法首先通过分束镜将入射光分成两束, 两束光分别通过两个AOTF, 而两个AOTF的正一级衍射光的偏振方向互成45°, 由于AOTF的正一级衍射光的偏振方向互相垂直, 因此两个AOTF的正负一级分别可得到0°, 45°, 90°和135°的光强, 在测量中需保持两个AOTF的滤光所对应的波长完全相等。 最后通过对两个AOTF的正负一级衍射成像, 最终得到Stokes偏振信息中S0（0°和90°光强和）、 S1（0°和90°光强差）和S2（45°和135°光强差）, 结合相应的理论公式对被测目标的线偏振度（DoLP）和线偏振角（AoLP）实现成像。 再通过对AOTF的射频驱动进行扫频, 实现对被测目标不同波长偏振成像, 最终实现成像光谱偏振探测。 并通过对500, 550和600 nm偏振成像进行实验验证。 该方法具有无运动部件、 无需转动、 一次测量同时获得成像光谱偏振信息的优点。

基于弹光调制器和声光可调谐滤波器(AOTF)的新型光谱偏振成像系统部件多, AOTF入射角小,同一幅图中光谱分布不均。为此提出了一种前置光学系统由凸透镜、凹透镜和凸透镜构成的光学系统，压缩被测目标视场角，使其满足AOTF视场角要求，并将目标平行入射光变为平行光入射进AOTF，以便光谱修正。不同位置的目标以不同入射角依次进入光学系统和AOTF，在CCD上的成像位置也不同。AOTF的衍射光中心波长与入射角有关，可通过拟合测得衍射波长与入射角的关系，进而得到CCD像元与中心波长的关系，并对光谱修正方法进行了详细分析。实验结果表明，修正后的光谱测量误差比普通的AOTF光谱成像平均降低一个数量级，且成像清晰，提高了光谱偏振成像系统的光谱测量精度。

为了实现声光可调滤波器(AOTF)和液晶可调相位延迟器(LCVR)相结合的新型高光谱偏振成像系统全Stokes参量的快捷准确获取,提出了一种新的测量方法。该方法采用一个驱动信号源同时控制系统中两个LCVR，当LCVR在不同波长下进行相位调制时，依次取４个固定的驱动电压，求得不同波长下LCVR1和LCVR2的４组相位延迟，通过相应的数学计算即可快速精确求得目标光全部Stokes参量。波长为632 nm时，以偏振方向分别为0°、90°、45°的偏振片和1/4波片为目标物，毛玻璃为背景，通过系统成像后获取了全部Stokes参量的图像。结果表明，该测量方法不仅可以快速准确地获取目标物全部Stokes参量，而且系统成像质量良好。对532 nm波长下的真假树叶进行高光谱偏振成像，进一步验证了该测量方法的快捷准确和系统的可靠性。理论分析了影响Stokes参量测量精度的因素，为提高系统测量精度提供了理论基础。

针对现有的静态斜楔干涉具无法实现零光程差，并且对被测光的空间相干性要求较高，进而影响光谱反演的准确性和复杂性问题，提出了一种新型等效斜楔干涉具，该等效斜楔由两种折射率不同的材料构成，两个反射面完全垂直，干涉的两束光是由同一束光分开而得，因此对光的空间相干性无太高要求，并且可以实现零光程差。理论推导了该斜楔不同位置的光程差公式和光谱反演公式，并且设计了该等效斜楔，其最大光程差可达168.3 μm，对光谱测量过程进行了仿真分析，结合最大光程差和所测光谱波段分析了线阵CCD的像元数要求。采用532 nm单纵模激光器和632.8 nm氦氖激光器进行了实验分析，实验结果得到中心波长误差小于0.2%。

针对现有的静态斜楔干涉具无法实现零光程差，进而影响光谱反演的准确性和复杂性。文中提出一种可以实现零光程差的斜楔干涉具，通过对传统斜楔倾斜面的改进，使其可以实现被测光包含零光程差的干涉信号，理论推导了该斜楔不同位置的光程差公式，并推导得出对应的光谱反演公式；采用硒化锌(ZnSe)材料设计了该斜楔，对其干涉信号、光程差和光谱反演进行了仿真研究，并采用10.64 μm激光器对其进行实验分析，实验结果显示该斜楔干涉信号清晰，光程差可以实现1 450 μm，反演光谱的误差为0.1%。

针对目前基于弹光调制器(photoelastic modulator,PEM)的傅里叶变换光谱测量技术(PEM-FTS)的光谱分辨率低,并且PEM调制光程差有限、多次反射对入射光斑大小要求高且光能利用率低等缺点.提出一种基于微梯形八角结构弹光晶体的大光程差PEM方法.通过改进弹光晶体结构,使其为微梯形八角结构,两个通光面略微成一定夹角,该结构PEM不仅可以有效提高PEM调制的最大光程差,而且对入射光斑要求较小.理论推导分析了该PEM的最大调制光程差,并推导得出任意角、任意位置入射时PEM的最大调制光程差公式;通过多物理场耦合仿真软件COMSOL Multiphysics 4.3a对PEM的振动模态和应力分布进行分析;结合PEM的最大调制光程差和光能利用率,分析了寻找最佳入射角的方法.设计加工该PEM,其中弹光晶体选用硒化锌晶体,压电晶体选用压电石英晶体.采用波长为632.8 nm的氦氖激光进行实验分析,实验结果显示,在相同驱动电压下,该PEM的最大调制光程差是普通PEM的19.25倍,与理论仿真的相对误差为1.3%.