TeO2非共线声光可调滤波器（AOTF）是一种优良的电调谐分光器件, 具有体积小巧、 稳定性高、 调谐快速、 可实现便携等优点, 在超光谱成像领域具有很高的应用价值。 通过非共线AOTF与光学倒置显微镜有机结合, 建立了声光滤波超光谱显微成像系统； 在可见光范围内, 开展了人体皮肤鳞状细胞癌组织的超光谱显微成像实验研究, 获得了一系列不同衍射光中心波长下的皮肤鳞状细胞癌组织的光谱和对应的显微图像。 系统性能检测实验结果显示, 在超声频率为110～180 MHz范围内的衍射光带宽仅为1.28～2.84 nm, 表明本研究中的AOTF具有很高的光谱分辨率, 达到102个光谱通道量级, 完全可以满足超光谱显微成像对生物组织结构进行精确识别的需要。 本系统采用高质量的TeO2晶体、 双胶合透镜以及优化的射频驱动源, 有效地抑制了衍射光光谱的旁瓣。 分析了超声频率与衍射光中心波长的调谐关系, 以及超声频率与对应衍射光谱带宽的关系曲线, 实验结果与理论计算结果有着较好的一致性。 系统实验获得的皮肤鳞状细胞癌组织显微图像随光波长漂移不显著, 表明超光谱成像系统的图像稳定性高。 通过对比, 分析了不同中心衍射光下的皮肤鳞状细胞癌组织显微图像的清晰度随光波长的变化规律, 在522.52 nm时, 皮肤鳞状细胞癌组织内部各精细结构区分明显, 图像最为清晰。 通过定义透射差异系数, 分析了图像整体亮度曲线和透射差异系数随光波长变化曲线, 其变化规律与直观观察结果相符合； 对皮肤鳞状细胞癌组织图像进行了边缘提取分析, 得出在497.87～551.29 nm内, 可在整体视野较为明亮的情况下对皮肤鳞状细胞癌组织进行观察和研究, 在509.69～527.59 nm范围内, 组织边缘明亮清晰且完整, 是进行皮肤鳞状细胞癌组织结构精确识别与分析的最佳窗口。 该研究为人体皮肤鳞状细胞癌组织结构简便、 灵活、 快速地检测与识别提供了一种新方法。

光谱分辨率是声光可调滤波器(AOTF)的关键。基于声光滤波器的工作原理,通过前后串联两个滤波器,设计了基于双滤波结构的超光谱成像系统。通过对单一滤波和双滤波结构特性的理论计算和实验测量结果的分析比较,可以发现在中心波长相等的情况下,双滤波结构的光谱宽度比单一滤波结构小,说明了双滤波技术在改善光谱宽度方面的优越性。另外,利用双滤波结构,结合倒置光学显微镜,设计了基于双滤波技术的显微成像系统。基于大量的胃癌组织超光谱显微图像,选取相关系数较小的三个光谱图像,使用RGB假彩色图像融合技术进行处理。经仿真实验发现,超光谱图像融合技术能够有效地改善图像的质量。

相比于传统的分光元件，非共线声光可调滤波器(AOTF)具有小巧、稳定性强、调谐灵活快速、信号接收和处理方便等诸多优点，在光谱成像领域具有很高应用价值。将非共线AOTF与倒置光学显微镜有机结合，构建了显微光谱成像系统，在可见光范围内开展了肺癌组织的快速显微光谱成像研究。通过实验获得了加载在AOTF上的超声频率与衍射光波长的调谐关系，与理论计算结果符合较好；获得了在一系列中心光波长下的肺癌组织的显微图像和对应的窄带光谱。实验结果表明，系统在工作波段内均保持较好的光谱分辨性能；对不同光波长肺癌组织图像进行对比，结果未见图像明显漂移，表明图像稳定性高；各中心波长下获得的肺癌组织图像均呈现较好的清晰度；不同波长肺癌组织图像的对比以及亮度、透射率曲线的分析结果显示，在503.45~590.12 nm范围内，肺癌组织图像呈现最佳的对比度和清晰度，这主要是源于不同区域的内在组分和结构不同使得肺癌组织对于不同波长光信号的吸收程度不同。

声光滤波技术作为一种新的分光手段在光谱成像等领域有着广阔的应用前景。高性能声光滤波器的设计与制作是声光滤波技术的核心关键。从声光相互作用的基本理论出发，研究了声光作用过程中动量失配量对声光滤波器衍射效率的影响。并进一步分析了声光滤波器的角孔径以及衍射线宽的变化规律。研究结果表明，声光滤波器的调谐关系随入射光角度的变化而变，在确定入射光角度的情况下，衍射光波长和超声波频率一一对应。另外，随着入射光角度的变化，衍射光的波长发生变化的同时，其线宽以及角孔径发生明显变化，通过调整入射光的角度可以相应改变衍射光的线宽，实现窄带的声光滤波，提高声光滤波器的光谱分辨本领，也可以调整入射光的角度获得较大的角孔径，提高滤波器的集光能力。理论的计算结果与实验结果符合的较好。研究结果对高性能声光滤波器的设计提供有意义的借鉴和参考，并推动声光滤波技术更广泛应用。

TeO₂作为声光转换材料的非线性声光可调滤波器(AOTF)是一种新型分光元件，具有体积小、质量轻、通光孔径和入射孔径大、在宽范围内快速协调、衍射效率高等特点。采用TeO₂作为声光转换材料的AOTF 进行超光谱成像实验。实验中衍射光中心波长和超声波频率之间的转换计算与理论推导结果非常接近。通过改变加载在AOTF 的超声波频率来改变光中心波长，结合倒置光学显微镜，设计在不同的光中心波长下呈现人体胃壁组织切片的超光谱显微成像系统。实验结果表明光谱图的成像质量很高。通过比较不同超声波频率和光中心波长下人体胃壁组织切片的超光谱图像，可观察到胃壁组织细胞一些更为详细的差异。该研究提供了一种不同光中心波长下对胃壁组织细胞进行超光谱显微成像的方法，这种方法易操作性强，结果多，易于比较。

非共线声光可调滤波器(AOTF)是一种利用反常声光作用原理制成的新型分光器件，其衍射信号的光谱分辨率和旁瓣是评价AOTF 性能的两个重要指标。阐述了通过两个AOTF 进行二次滤波的基本原理。实验证实了二次滤波法可使AOTF 衍射信号的光谱分辨率提高40.4%~3.2%和旁瓣抑制9.5570 dB 到13.2407 dB。研究结果表明用两个AOTF 进行二次滤波在声光滤波领域有着巨大的应用前景。

利用非共线声光可调滤波器（AOTF）可以在较宽的光谱范围内实现对光信号波长的快速调谐。以往由于衍射效率、光谱分辨率、输出信号稳定性等方面的因素，制约了声光可调谐滤波技术在光谱成像上的应用。以自主设计的非共线AOTF作为分光元件，建立了光谱成像系统；并且，在可见光范围的多个波段内获得了人手掌皮组织的显微图像及对应光谱。在整个工作波段，光谱成像系统获取的图像具有较好的清晰度和稳定性，光谱分辨率较高（2.10 nm@630.0 nm）。本研究显示了声光可调滤波技术在光谱成像上的适用性，能够为生物医学显微光谱成像的发展提供新的技术手段。

基于电信号调谐的声光可调滤波器具有宽光谱、快速调谐、大孔径角以及窄滤波线宽等特点。在考虑了二氧化碲晶体的旋光性的基础上，设计了一种非共线型声光滤波器。实验研究了该滤波器调谐关系以及不同中心波长的滤波线宽等性能。该滤波器的性能与理论预期符合较好。另外，结合倒置光学显微镜系统，搭建了超光谱显微成像实验系统，并进行了初步的超光谱显微成像实验研究，在可见光范围内获得了较好的超光谱成像结果。

根据对二氧化碲声光材料特性的不同考虑，存在几种不同的非共线声光可调谐滤波器（AOTF）设计理论。分析和比较了3种常用的非共线声光作用关系，研究结果表明，在近红外波段，P. A. Gass非共线声光作用关系能较准确地反映AOTF各参数之间的关系。选取P. A.Gass理论作为设计基础，针对0.8~2.0 μm非共线AOTF，阐述了入射光极角选择、色散补偿以及几何参数选择等优化设计方法；给出了0.8~2.0 μm非共线AOTF的设计参数，理论计算各项性能指标保持在较好水平，表明了P. A. Gass理论对该波段AOTF设计的适用性。对于推进近红外非共线AOTF的广泛应用具有指导意义。

声光可调滤波器(AOTF)是利用各向异性介质中声光作用原理工作的优良分光元件。通过介绍AOTF的工作原理，指出声光晶体中传播的超声波频率与衍射光波长之间一一对应的频率调谐关系；给出了不同情况下的频率调谐关系，并说明了二氧化碲声光材料的双折射特性和旋光特性等材料特性对频率调谐关系中的作用。讨论了光波长、入射光极角等参数对频率调谐关系产生综合影响的具体规律。