本文提出并展示了一种全圆锥入射下基于一维共振波导光栅的入射角调谐滤波器。通过优化光栅层厚度，使其能够在支持TE导模的同时抑制TM导模。本文设计的滤波器呈现出可调谐的单一反射峰, 峰值反射率理论上可达100%。当入射角改变时，共振波长可以由642.5 nm调节至484.6 nm。该反射峰是由一级衍射波与TE导模（基模）之间的共振效应所产生的。同样地，通过按比例增加光栅层的厚度和周期可实现应用于更高动态范围的可调谐滤波器。

针对基于中红外声光可调谐滤波器（Acousto-Optic Tunable Filter, AOTF）的光谱成像系统观测运动目标过程存在光谱数据漂移问题，提出了一种基于声光互作用的在线光谱校准方法。根据目标光谱成像位置与驱动频率，构建了逆向光线追迹模型，从而实现了光谱数据的在线校准，满足运动目标探测的实时性要求。该方法能为后续目标检测、识别与跟踪提供稳定且精确的光谱数据立方体。在实验验证方面，利用设计研制的平行光入射的中红外AOTF光谱探测系统，以黑体与中红外滤波片组合作为目标光源，对光谱校准模型开展实验验证。最终实验结果表明，针对位于不同视场处的模拟运动目标，校正后的光谱漂移相对误差均优于4.45%，有利于提升对运动目标光谱探测的应用能力。

光学滤波器应用广泛，在许多应用中至关重要，包括光通信、光谱学、电子学和光学传感器等领域。而基于受激布里渊散射（SBS）效应的微波光子滤波器（MPF）不仅具有低阈值和高增益等优点，而且还具有可重构和可调谐的特性。文章将其应用在光谱分析中，利用该滤波器的可调谐性，使其扫描整个待测信号的光谱，就能对待检测光谱的不同频率成份进行分时提取检测。通过设置该滤波器泵浦支路中扫频激光器的中心频率，在泵浦激发产生SBS效应后，用光谱分析仪测出滤波器每次的输出功率，从而分析得出待测信号的光谱。研究结果表明，随着泵浦功率的增加，滤波器的增益和带外抑制比（OOBR）先逐渐增高，然后降低，拐点在泵浦功率为5 dBm左右，且滤波器的动态范围为-35～-20 dBm。

针对AOTF成像光谱仪的光谱图像退化程度难以定量化评价的问题，提出了包含后楔角影响的AOTF器件调制传递函数（MTF）定量计算方法。该方法通过建立AOTF的光谱-空间维响应模型获取AOTF器件的线扩散函数(LSF)，然后通过线扩散函数傅里叶变换得到理论MTF。在验证实验中，截止频率内的MTF理论值与实测值相对偏差小于15%，可以为AOTF的像质评估提供理论依据。进而，通过该定量计算方法讨论不同AOTF后楔角对光谱图像像质的影响。通过仿真分析得出，AOTF的后楔角难以同时满足横向色差校正与图像退化抑制，需要根据实际应用对于空间分辨率以及横向色差的要求进行取舍。所以，针对AOTF不同后楔角进行光谱图像像质的定量分析对于评估AOTF光谱图像像质具有重要意义，为AOTF器件设计提供了理论依据。

针对高光谱成像需求，设计了一套可见/近红外实时成像光谱仪。光谱仪基于声光可调谐滤波器（Acousto-Optic Tunable Filter , AOTF）分光器件进行设计，光谱带宽为1.3 μm，其中可见光相机工作在400~1000 nm波段，近红外相机工作在1000~1700 nm波段。光谱仪控制系统以现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array, FPGA）为核心处理单元，使用Cameralink接口采集相机数据，使用RS422串口对AOTF进行频率控制，通过AOTF同步信号与相机外触发信号相结合，实现了连续图像与多波长循环采集的一一对应，图像数据最后经过USB3.0接口传输到上位机进行实时显示。经外场测试，光谱仪成像质量良好，系统工作稳定，针对1024×1024分辨率图像，图像实时传输速率最高可达120 frame/s，满足设计要求。在实际工程应用中，该控制系统接口丰富，且可靠性高、灵活性好，具有较强的可扩展性。