高光谱成像仪常见分光元件的类型及特点解析

高光谱成像仪作为精密的光学仪器，根据成像原理的不同，其分光元件可以分为不同的类型，常见的有滤光片类、光栅类等。本文对高光谱成像仪常见分光元件的类型及特点做了简要的解析。

滤光片类：

1.滤光片轮

以滤光片轮为分光元件，通过转动滤光片轮获得不同波段的光谱图像，从而完成复色光到单色光的分光。其光路结构简单，谱段更换灵活，但随着光谱成像技术发展，探测波段数目增多，它已难以满足宽谱段高分辨率的观测需求，越来越多地被用于多光谱探测中。

2.可调谐滤光片

液晶可调谐滤光片（LCTF）：利用液晶的电光效应，通过改变施加在液晶上的电场来调节滤光片的透过波长，从而实现分光。它具有无机械运动部件、调谐速度快、光谱分辨率较高等优点，可在可见光和近红外波段工作，常用于实时高光谱成像系统。

声光可调谐滤光片（AOTF）：基于声光衍射原理，由声光晶体、超声换能器以及吸声装置组成。超声换能器将射频驱动器发出的信号转换为超声信号传送到声光晶体中，超声波引起晶体折射率发生周期性变化形成超声光栅，入射光照射到光栅后产生布拉格衍射，通过改变射频驱动信号的频率即可改变衍射光的波长，进而达到分光目的。它体积小、重量轻、扫描速度快、无移动部件、抗震性好，支持较广的光谱范围。

3.楔形滤光片

也被称为渐变滤光片，可实现在光谱区和空间区的连续取样。将楔形多层薄膜介质作为滤光片，安装在紧靠着二维阵列探测器的位置，使探测器的若干像元与渐变滤光片的某一光谱带相互对应，根据渐变滤光片各波段与探测器像元之间的对应关系，可分为线性渐变型和滤光片阵列型。

光栅类：

1.平面闪耀光栅

在平面基底上刻有一系列等间距、等宽度的刻槽，利用光的衍射和干涉原理将复色光分解为不同波长的单色光。具有较高的分光效率和光谱分辨率，广泛应用于各种高光谱成像仪中，尤其是在需要高分辨率光谱分析的场合。

2.凹面光栅

将光栅刻在凹面反射镜上，兼具分光和聚焦功能，可减少光学系统中的元件数量，使系统结构更加紧凑。常用于空间遥感、天文观测等领域的高光谱成像仪，能够在较大的视场范围内实现高分辨率的光谱成像。

棱镜类：

1.单棱镜

利用光在棱镜中的折射原理，使不同波长的光以不同的角度折射，从而实现分光。结构简单、成本低，但分光能力相对较弱，光谱分辨率较低，通常用于对光谱分辨率要求不高的简单高光谱成像系统。

2.棱镜-光栅-棱镜（PGP）

结合了棱镜和光栅的优点，先通过棱镜对入射光进行初步分光，再利用光栅进一步提高光谱分辨率，最后通过棱镜对分光后的光进行整理和聚焦。这种分光元件可实现较宽光谱范围的高分辨率分光，常用于对光谱性能要求较高的高光谱成像仪。