植被日光诱导叶绿素荧光是一种可以表征植被光合生产力的重要衡量指标。为了实现对植被日光诱导叶绿素荧光的广域精准探测，设计并研制了一种叶绿素荧光高光谱成像探测仪。该成像探测仪使用了基于棱镜-体相位全息透射光栅的全透射式光学系统，在高数值孔径（0.25）的基础上实现了高光学性能：可在20°视场和670~780 nm（可扩展至650~800 nm）工作波段实现1 mrad的空间角分辨率、0.3 nm的光谱分辨率和优于100的信噪比。由系统设计结果、样机测试结果和应用数据分析结果可知，样机完全满足设计要求。本仪器可为农林监测和碳循环观测提供重要的科学数据，并可作为陆地植被光合作用中有效的新型观测手段。

大视场、超光谱分辨率、高空间分辨是光谱成像仪的发展方向，谱线弯曲和色畸变的抑制则是二维谱图信息准确提取的前提。提出了一种棱镜光栅光谱成像结构形式，并采用矢量方法构建了棱镜光栅组合色散元件的数学模型，优化了分光模块的结构参数，基于此组合色散元件设计了一个具有近直视光路结构的超光谱成像仪光学系统。该系统光谱范围为400~800 nm，入射狭缝长为14 mm，F数为2.4，其光谱分辨率达0.5 nm，调制传递函数(MTF)在探测器奈奎斯特频率68 lp/mm处均大于0.7，谱线弯曲和色畸变均小于1 μm，低于单个像素的13.5%。