光纤法布里-珀罗可调滤波器（FFP-TF）是组成光纤布拉格光栅传感器解调系统的核心器件之一，其稳定性对解调精度至关重要，而温度漂移是影响其稳定性的关键因素之一。最小二乘支持向量机（LSSVM）的非线性映射能力可以对漂移进行有效补偿，针对传统LSSVM模型参数选取易陷入局部最优的问题，基于改进的天牛须搜索粒子群优化算法在全局范围内寻找LSSVM模型的最优惩罚因子和核参数。实验结果表明，用优化的LSSVM对FFP-TF进行温度漂移补偿，可将最大温度漂移误差从1025.21 pm减小到±3.03 pm，提高了变温环境下FFP-TF解调的温度稳定性。

介绍基于GaAs变容二极管工艺的电调滤波器芯片的研究与设计，包括变容材料制备、二极管模型建立以及电路设计。设计数款电调滤波器，工作频段范围覆盖1~19 GHz。测试结果显示，电调滤波器具有 超过一个倍频程的调谐范围，器件击穿电压大于+30 V。本文选取中心频率为2~5 GHz可调的一款电调滤波器进行详细介绍，控制电压范围为0~15 V，插入损耗在10 dB左右，输入和输出驻波(电压驻波比)均优于1.8。 设计的系列化电调滤波器具有一致性高、小型化、低成本和免调试等优势，拥有良好的应用前景。

TeO2非共线声光可调滤波器（AOTF）是一种优良的电调谐分光器件, 具有体积小巧、 稳定性高、 调谐快速、 可实现便携等优点, 在超光谱成像领域具有很高的应用价值。 通过非共线AOTF与光学倒置显微镜有机结合, 建立了声光滤波超光谱显微成像系统； 在可见光范围内, 开展了人体皮肤鳞状细胞癌组织的超光谱显微成像实验研究, 获得了一系列不同衍射光中心波长下的皮肤鳞状细胞癌组织的光谱和对应的显微图像。 系统性能检测实验结果显示, 在超声频率为110～180 MHz范围内的衍射光带宽仅为1.28～2.84 nm, 表明本研究中的AOTF具有很高的光谱分辨率, 达到102个光谱通道量级, 完全可以满足超光谱显微成像对生物组织结构进行精确识别的需要。 本系统采用高质量的TeO2晶体、 双胶合透镜以及优化的射频驱动源, 有效地抑制了衍射光光谱的旁瓣。 分析了超声频率与衍射光中心波长的调谐关系, 以及超声频率与对应衍射光谱带宽的关系曲线, 实验结果与理论计算结果有着较好的一致性。 系统实验获得的皮肤鳞状细胞癌组织显微图像随光波长漂移不显著, 表明超光谱成像系统的图像稳定性高。 通过对比, 分析了不同中心衍射光下的皮肤鳞状细胞癌组织显微图像的清晰度随光波长的变化规律, 在522.52 nm时, 皮肤鳞状细胞癌组织内部各精细结构区分明显, 图像最为清晰。 通过定义透射差异系数, 分析了图像整体亮度曲线和透射差异系数随光波长变化曲线, 其变化规律与直观观察结果相符合； 对皮肤鳞状细胞癌组织图像进行了边缘提取分析, 得出在497.87～551.29 nm内, 可在整体视野较为明亮的情况下对皮肤鳞状细胞癌组织进行观察和研究, 在509.69～527.59 nm范围内, 组织边缘明亮清晰且完整, 是进行皮肤鳞状细胞癌组织结构精确识别与分析的最佳窗口。 该研究为人体皮肤鳞状细胞癌组织结构简便、 灵活、 快速地检测与识别提供了一种新方法。

可调窄带滤波器是光学系统中的核心器件之一,在光信号处理、光学传感等领域中有广泛的应用价值。基于亚波长光栅结构,利用微流控技术,提出了一种新型可调控窄带滤波器的实现方法,通过调控微流体通道中流体的折射率,获得了大范围可调窄带滤波功能。采用严格模式理论对其光学性能进行了分析与模拟,数值结果表明,该器件波长调谐范围可达28 nm,其滤波带宽不大于0.03 nm,灵敏度S大于350 nm·RIU ^-1,品质因数Q高达50000,光学性能优异。另外,该新型器件具有结构简单、易于制作、调控简便等诸多优点,在生物传感、化学分析等领域具有广阔的应用前景。

基于AOTF的成像光谱仪是集图像、光谱及偏振信息为一体的新型探测仪器, 仪器的光谱传递函数是衡量仪器性能的一项重要指标。介绍了单AOTF型和双AOTF型成像光谱仪的工作原理, 利用光学域光谱透过函数, 推导了以波数Δv表示的单、双型AOTF光谱传递函数, 在工作波段为400 nm~900 nm内, 计算对比了单、双AOTF型光谱传递函数, 并对影响双AOTF型光谱传递函数的因素进行了仿真分析, 最后对仪器参数的选取进行了分析和讨论。结果表明: 在入射光极角30°, 声光互作用长度5 mm工作波段下, 当双AOTF型成像光谱仪工作中心波长相等时, 相比同一工作中心波长时的单AOTF型成像光谱仪, 光谱传递函数提高了68%; 当工作中心波长不相等时, 双AOTF型光谱传递函数并不绝对优于单AOTF型, 存在临界值。

扫频光源是目前光学相干层析成像的关键部分，其光谱带宽和瞬时线宽分别影响着成像系统的轴向分辨率和成像深度。在单一滤波器中，这两者相互制约。针对这一情况，提出了一个利用两种滤波器组合优化的扫频光源系统。以双半导体光放大器并联作为增益介质，将声光可调滤波器（AOTF）和法布里-珀罗可调滤波器（FFP-TF）串联接入环形腔内进行双重滤波。其中AOTF的调谐范围和瞬时线宽均较宽，FFP-TF与之相反，经同步匹配设置后，两者协调工作，能够发挥各自的优势。通过搭建系统，获得了中心波长为1 316 nm的扫频激光输出，其光谱是1 235~1 380 nm，调谐范围是145 nm，瞬时线宽小于0.02 nm，扫频速度为1.35 kHz，输出光功率为0.48 mW。该扫频光源能够克服单一滤波器的固有缺陷，实现宽光谱带宽与窄瞬时线宽的有效统一，对成像综合性能的优化具有重要意义。

光谱分辨率是声光可调滤波器(AOTF)的关键。基于声光滤波器的工作原理,通过前后串联两个滤波器,设计了基于双滤波结构的超光谱成像系统。通过对单一滤波和双滤波结构特性的理论计算和实验测量结果的分析比较,可以发现在中心波长相等的情况下,双滤波结构的光谱宽度比单一滤波结构小,说明了双滤波技术在改善光谱宽度方面的优越性。另外,利用双滤波结构,结合倒置光学显微镜,设计了基于双滤波技术的显微成像系统。基于大量的胃癌组织超光谱显微图像,选取相关系数较小的三个光谱图像,使用RGB假彩色图像融合技术进行处理。经仿真实验发现,超光谱图像融合技术能够有效地改善图像的质量。

相比于传统的分光元件，非共线声光可调滤波器(AOTF)具有小巧、稳定性强、调谐灵活快速、信号接收和处理方便等诸多优点，在光谱成像领域具有很高应用价值。将非共线AOTF与倒置光学显微镜有机结合，构建了显微光谱成像系统，在可见光范围内开展了肺癌组织的快速显微光谱成像研究。通过实验获得了加载在AOTF上的超声频率与衍射光波长的调谐关系，与理论计算结果符合较好；获得了在一系列中心光波长下的肺癌组织的显微图像和对应的窄带光谱。实验结果表明，系统在工作波段内均保持较好的光谱分辨性能；对不同光波长肺癌组织图像进行对比，结果未见图像明显漂移，表明图像稳定性高；各中心波长下获得的肺癌组织图像均呈现较好的清晰度；不同波长肺癌组织图像的对比以及亮度、透射率曲线的分析结果显示，在503.45~590.12 nm范围内，肺癌组织图像呈现最佳的对比度和清晰度，这主要是源于不同区域的内在组分和结构不同使得肺癌组织对于不同波长光信号的吸收程度不同。

设计了一款X波段压控可调梳状线带通滤波器, 通过调整加载变容二极管的偏置电压改变电容值大小, 从而达到调整滤波器中心频率的目的。根据恒定带宽条件对滤波器耦合系数以及外部Q值的要求, 确定梳状线滤波器的尺寸参数, 并对其进行电磁仿真优化, 最终制作的X波段可调滤波器尺寸为16 mm×20 mm×21 mm, 控制电压7.6~15.4 V, 实现滤波器中心频率8~10 GHz连续可调。在调谐频率范围内, 滤波器通带宽度15%, 回波损耗小于–10 dB, 矩形系数小于2.8。