偏振超光譜成像技術(shù)是一個(gè)新興的交叉技術(shù)領(lǐng)域，探索該技術(shù)在航天、民用等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為國內(nèi)外的重點(diǎn)研究課題，特別是基于聲光可調(diào)諧濾波器（AOTF）的光譜成像儀，與傳統(tǒng)儀器相比，在工作機(jī)制和儀器設(shè)計(jì)上都有著眾多的優(yōu)點(diǎn)。

光譜成像技術(shù)利用多個(gè)光譜通道進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的采集、顯示、處理和分析，是圖像分析技術(shù)與光譜分析技術(shù)的完美結(jié)合。

隨著光譜成像技術(shù)的發(fā)展以及聲光可調(diào)諧濾波器（Acousto-optic Tunable Filter，AOTF）的出現(xiàn)，AOTF偏振光譜成像儀的研發(fā)已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

國外的許多科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)開發(fā)了應(yīng)用于不同領(lǐng)域的基于聲光可調(diào)濾波技術(shù)的光譜成像儀，國內(nèi)一些科研單位雖然也在此方面進(jìn)行了積極的探索，但是還沒有進(jìn)入實(shí)用階段的儀器產(chǎn)品問世。

AOTF偏振光譜成像儀是目前獲取信息最多的一種光學(xué)遙感器，具有結(jié)構(gòu)簡單、光譜波段寬、分辨率高等特點(diǎn)。

其所獲取的數(shù)據(jù)中不僅包含了空間信息和光譜信息，還包含了待測目標(biāo)的偏振信息，增強(qiáng)了所獲取待測目標(biāo)的信息量。

通過對不同波段情況下的目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以獲得目標(biāo)物的物質(zhì)成分和相對豐度，在軍事、民用、航天等眾多領(lǐng)域都有著重要應(yīng)用。

AOTF是根據(jù)各向異性雙折射晶體聲光衍射原理而制成的一種新型分光器件，主要由聲光晶體，超聲換能器和聲吸收體構(gòu)成，

其基本原理如圖所示。

AOTF有共線和非共線兩種工作模式，其通常處于反常布拉格衍射的非共線模式下進(jìn)行工作。

超聲換能器能夠?qū)⑺虞d的電信號轉(zhuǎn)換為同頻率的超聲波，在聲光晶體中超聲波與入射光波產(chǎn)生非線性效應(yīng)。

當(dāng)超聲波矢量與入射光矢量滿足布拉格衍射條件時(shí)，入射光將發(fā)生布拉格衍射，且衍射光的偏振態(tài)與入射光的偏振態(tài)正交。

當(dāng)衍射發(fā)生時(shí)，入射光與衍射光必須滿足波矢量動(dòng)態(tài)匹配條件：

式中ni為入射光折射率，nd為衍射光折射率，λ為真空光波長，f為超聲波頻率，Va為矢量方向的超聲波速度值。

結(jié)合AOTF的平行切線波矢布局，可以得到超聲波頻率與衍射波長的對應(yīng)關(guān)系：

式中θi為入射光矢量與晶體光軸間夾角，θd為衍射光矢量與晶體光軸間夾角。

由于超聲波頻率f取決于驅(qū)動(dòng)電信號的頻率，因此通過改變激勵(lì)聲波的驅(qū)動(dòng)信號頻率，就可以實(shí)現(xiàn)對衍射光波長的控制，以達(dá)到濾波的目的。

與傳統(tǒng)分光器件相比，AOTF具有體積小、無活動(dòng)部件、通光孔徑大、衍射效率高、調(diào)諧范圍寬等眾多優(yōu)點(diǎn)，從而使其在光譜成像技術(shù)上有著巨大的應(yīng)用潛力。

實(shí)驗(yàn)中所搭建的AOTF偏振光譜成像儀主要包括以下幾部分：

前置光學(xué)系統(tǒng)

AOTF分光系統(tǒng)

CCD成像系統(tǒng)

射頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)

AOTF偏振光譜成像儀結(jié)構(gòu)示意圖

目標(biāo)景物被光源照射后的反射光經(jīng)過前置光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行會聚、準(zhǔn)直后進(jìn)入到AOTF分光系統(tǒng)。

由可控射頻信號源產(chǎn)生的射頻信號控制波長調(diào)諧，使入射光經(jīng)過AOTF衍射后產(chǎn)生對應(yīng)波段的零級衍射光和正負(fù)一級衍射光，正負(fù)一級衍射光即為偏振態(tài)正交的O光和E光。

然后，經(jīng)過后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)分別成像于H通道和V通道的CCD陣列上，獲得單一波長的目標(biāo)圖像。

通過操控PC機(jī)上的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，一方面可以調(diào)整射頻驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信號頻率，另一方面可以控制CCD相機(jī)的工作狀態(tài)，同時(shí)對相機(jī)所傳回的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，進(jìn)而可以得到AOTF調(diào)諧波段范圍內(nèi)各波段的目標(biāo)景物圖像。

最后對所采集的各波段范圍的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。