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。

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。

对于探测光谱特征, 需要设计多光谱波段的光学镜头。根据设计需求, 设计了一个基于声光可调滤波器选通晶体的多光谱镜头, 该镜头采用变焦设计, 以适应不同场景分辨率的使用要求, 同时在设计的过程中, 采用分段设计, 对系统的出瞳和入瞳进行了优化匹配, 并校正了色差, 以及绘制出变焦曲线, 为后期系统变焦制动方案提供了依据。

为获得目标和场景的偏振信息, 基于线偏振片和声光可调滤波器(AOTF)设计了一套高光谱偏振成像系统。文中从AOTF的工作原理出发分析其偏振等效关系, 随后给出了探测系统的具体结构, 并对其光学系统的各元件进行了合理的参数配置。最后, 利用设计的成像系统对林地背景中的涂覆三种不同颜色涂层的铝板进行了高光谱偏振成像实验, 获得了场景的高光谱信息和偏振信息, 并通过数据处理得到涂层与背景之间的强度对比和偏振对比特性。结果表明: 涂层与自然背景的偏振特性存在一定程度的差异, 对于不同自然背景中的目标, 通过选择与背景特性差异较大的若干波长或波段, 利用合适的探测方式进行探测, 有利于实现快速准确的目标识别。

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。

以声光晶体TeO2为衬底, 设计并研制了1 300~3 400 nm波段超宽带减反射膜.从薄膜热应力理论出发, 建立膜层热应力受力示意图, 结合TeO2晶体的特性和力矩判定方法, 采用解析法逆向计算分析薄膜材料的热膨胀系数及杨氏模量.实验验证表明: 所制备的膜层附着力在1300~3400nm波段平均透过率为96.8%;在相同工艺条件下, 采用连接层所制备的薄膜附着力更好, 可以解决脱膜问题, 满足相应的附着力检测要求.

TeO₂作为声光转换材料的非线性声光可调滤波器(AOTF)是一种新型分光元件，具有体积小、质量轻、通光孔径和入射孔径大、在宽范围内快速协调、衍射效率高等特点。采用TeO₂作为声光转换材料的AOTF 进行超光谱成像实验。实验中衍射光中心波长和超声波频率之间的转换计算与理论推导结果非常接近。通过改变加载在AOTF 的超声波频率来改变光中心波长，结合倒置光学显微镜，设计在不同的光中心波长下呈现人体胃壁组织切片的超光谱显微成像系统。实验结果表明光谱图的成像质量很高。通过比较不同超声波频率和光中心波长下人体胃壁组织切片的超光谱图像，可观察到胃壁组织细胞一些更为详细的差异。该研究提供了一种不同光中心波长下对胃壁组织细胞进行超光谱显微成像的方法，这种方法易操作性强，结果多，易于比较。