滤光片高光谱成像仪的类型及原理

根据工作原理的不同，滤光片可分为声光可调谐滤波器、液晶可调谐滤波器、法布里-珀罗滤波器以及线性可变滤波片等四类。本文主要对声光可调谐滤波器（AOTF）和液晶可调谐滤波器（LCTF）进行简单介绍。

声光可调谐滤波器（AOTF）：

声光可调谐滤波器（Acousto-Optical Tunable Filter，AOTF），是一种由粘合在双折射晶体上的压电传感器组成的滤波器。其技术基础源于光在各向异性介质中具有声学衍射的特性，当信号进入晶体换能器内部后，原有的射频输入信号将被转换为超声波信号，此时入射复合光通过高频振动的晶体时，特殊波长的单色光将以固定的衍射角传输。通过改变射频输入信号的频率，就能够做到控制衍射光波长的效果，从而达到分光的目的。

在优缺点方面，AOTF的优点显而易见一一微秒级的响应时间，可快速切换的光谱范围，稳定紧凑的结构部件，大孔径角配合较高的光谱分辨率和波长调制能力使其在可见近红外到短波红外波段，中红外波段等范围得到应用。但缺点是AOTF并不能同时捕获光谱信息，这一点在大量波段测量的条件下显得尤为明显，工作时间会大幅增加。而且由于工作原理的原因，它对光通量有较为严格的要求，且工作功率高，系统设计较为复杂，在长波红外波段范围效果不佳。根据现有的公开数据，AOTF 在长波红外波段的最高衍射效率仅为26%，并不理想。

液晶可调谐滤波器（LCTF）：

液晶可调谐滤波器（Liquid Crystal Tunable Filter，LCTF）是一种以液晶电控双折射效应为基础原理分光的滤波器。由于施加电场后晶体产生了电控双折射现象，因而光折射率差发生改变。在优缺点方面，LCTF的优点是结构简单紧凑，使系统整体具有小体积小重量的特点，同时由于其内部无活动部件，因此抗干扰能力强，稳定性高，且功耗低范围宽，带宽窄响应速度快。源于上述优点，LCTF 在需要携带等小型高光谱成像的场合适应性非常强。但缺点是液晶受材料自身物理特性限制，对工作温度较为敏感，折射率首温度影响较大，导致中心波长因为环境温度变化发生严重漂移，从而影响光谱仪的测量精度。因此在工作温度波动较大的场合需要较为复杂的温控系统控制设备。鉴于以上原因，现有的LCTF 光谱仪主要应用于工作温度波动较小的低空或室内环境中，如低空遥感监测，实验室监测等。