紧凑型设备可以在无人驾驶飞机上用于农业和环境应用。

华盛顿 - 研究人员开发了一种新的紧凑型，基于光纤的遥感成像光谱仪，可以捕获30,000个采样点，每个采样点包含60多个波长。这种丰富的光谱信息与高空间分辨率相结合，为场景或样本的化学组成提供了宝贵的见解。“我们开发的紧凑型成像光谱仪可用于无人驾驶飞行器，以帮助增加作物产量或在发现污染后根据检测到的污染作出反应，”莱斯大学的研究小组负责人Tomasz S. Tkaczyk说。“在生物医学领域，该系统可以提高诊断测试的效率，或帮助科学家更好地理解生物过程。”

图片说明：Tomasz S. Tkaczyk和Ye Wang是开发用于遥感应用的新型紧凑型成像光谱仪的团队的一员。 该仪器可捕获30,000多个采样点，每个采样点包含60多个波长。 图片来源：莱斯大学

在光学学会（OSA）期刊Optics Express中，研究人员表明，他们的仪器可以提供比其他基于光纤的系统报告的信息量大约一个数量级的信息。该设备尺寸仅为600 x 150 x 150毫米 - 几乎足够小，可以在无人驾驶飞行器上使用。 研究人员表示，仪器可以做得更小，同时捕获超过100个波长，最多可达250,000个点。新光谱仪即时获取光谱信息，无需任何扫描。这允许它快速变化对象，例如移动目标或改变成像条件。

创建一个较小的光纤束

成像光谱仪可以使用光纤束将光谱图像转移到检测器或检测器阵列。采用这种设置的光谱仪通常具有一束光纤，这些光纤在输入端以正方形排列，在探测器端以单行排列。这意味着光纤的数量以及空间分辨率受到探测器尺寸的限制。“为了增加我们新纤维束设计的空间采样，我们将纤维放置成多排，每排之间有间隙，”Tkaczyk说。“这种设计的另一个好处是可以改变间隙的大小，以调整空间和光谱采样之间的平衡，以满足特定的应用要求。”适用于成像光谱学的市售小直径纤维通常直径为125-250微米，其快速驱动纤维束的尺寸。为了保持紧凑，研究人员使用了市售的多芯光纤带，其中每根光纤都有一个10微米的芯。他们还优化了纤维的数值孔径，以增加聚光能力。收集超过30,000根光纤的光谱可能需要大量的校准过程。研究人员开发了一种快速方法，只需不到5分钟即可校准系统的所有空间采样，并且只需要获取少量图像。

捕获光谱图像

研究小组展示了新的光谱仪，用它来对赖斯大学校园内的远景和植被进行成像。“这些测试证明了该系统的光谱成像能力，并显示出其在环境和遥感应用中的重要前景，”Tkaczyk说。“我们用于高空间采样成像光谱仪的新型快速校准方法也可以扩展到校准光纤束和其他成像设备。”

图片说明：研究人员通过使用光谱仪对城市交通进行成像测试，以显示其光谱成像能力以及在遥感应用中的应用潜力 图片来源：莱斯大学Tomasz S. Tkaczyk

研究人员正在进一步改进仪器。他们希望通过使用定制光纤带使光纤束更紧凑，并且还在研究提高系统光通量的方法。这项工作是由美国宇航局地球科学技术办公室资助的环境成像计划的一部分，旨在开发可用于各种应用和平台（如无人驾驶车辆和卫星）的紧凑型可调成像光谱仪。

本文受译者委托，享有该文的专有出版权，其他出版单位或网站如需转载，请与本站联系，联系email：mail#opticsjournal.net。(为防止垃圾邮件，请将#换为@)否则，本站将保留进一步采取法律手段的权利。