研究人員開發(fā)了一種用于遙感的新型小型光纖成像光譜儀，它可以捕獲30000個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)包含60多個(gè)波長。這種豐富的光譜信息與高空間分辨率相結(jié)合，為了解場景或樣本的化學(xué)組成提供了有價(jià)值的視角。

來自萊斯大學(xué)的研究小組負(fù)責(zé)人Tomasz S. Tkaczyk說：我們研發(fā)的這種小型成像光譜儀可以用于無人機(jī)，幫助增加農(nóng)作物產(chǎn)量，或者根據(jù)檢測到的污染情況，在災(zāi)難發(fā)生后做出反應(yīng)。

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，該系統(tǒng)可以提高診斷測試的效率，或幫助科學(xué)家更好地理解生物過程。在光學(xué)學(xué)會(huì)(OSA)的期刊《光學(xué)快報(bào)》上，研究人員表示，儀器能夠提供比其他基于光纖的系統(tǒng)多一個(gè)數(shù)量級(jí)的信息。該裝置只有600 x 150 x 150毫米——幾乎小到可以在無人機(jī)上使用。該儀器可以做得更小，同時(shí)捕捉100多個(gè)波長，從25萬個(gè)點(diǎn)到100多個(gè)點(diǎn)。這種新的光譜儀無需掃描就能立即獲得光譜信息。這使得它能夠快速成像變化的對(duì)象，如移動(dòng)的目標(biāo)或變化的成像條件。

形成較小的纖維束

成像光譜儀可以使用光纖束將光譜圖像傳輸?shù)綑z測器或檢測器陣列。包含這種設(shè)置的光譜儀通常以一束光纖為特征，在輸入端排列成正方形，在檢測器端排列成單線。這意味著光纖的數(shù)量以及空間分辨率受到探測器尺寸的限制。為了增加新纖維束設(shè)計(jì)的空間采樣，將纖維排列成多行，每一行之間都有間隙。這種設(shè)計(jì)的另一個(gè)好處是，間隙的大小可以調(diào)整空間和光譜采樣之間的平衡，以滿足特定的應(yīng)用需求?！?/p>

商業(yè)上可用的成像光譜的小直徑光纖通常為125-250微米直徑，這將迅速提高光纖束的尺寸。為了保持結(jié)構(gòu)緊湊，研究人員使用了一種商用的多芯光纖帶，其中每根光纖都有一個(gè)10微米的纖芯。還優(yōu)化了光纖的數(shù)值孔徑，以提高聚光能力。從30000多根纖維中收集光譜可能需要一個(gè)廣泛的校準(zhǔn)過程。研究人員開發(fā)了一種快速的方法，可以在不到5分鐘的時(shí)間內(nèi)校準(zhǔn)系統(tǒng)所有空間采樣，并且只需要獲取少量圖像。

捕獲光譜圖像

研究小組展示了新的光譜儀，用它來成像遙遠(yuǎn)的場景和萊斯大學(xué)校園的植被。這些測試證明了該系統(tǒng)的光譜成像能力，并顯示出其在環(huán)境和遙感應(yīng)用中的重要前景。高空間采樣成像光譜儀的快速校準(zhǔn)新方法也可以擴(kuò)展到校準(zhǔn)光纖束和其他成像設(shè)備。研究人員目前正致力于進(jìn)一步改進(jìn)這種儀器，希望通過使用定制的光纖帶使光纖束更加小，同時(shí)也在研究增加系統(tǒng)光吞吐量的方法。

博科園｜研究/來自：美國光學(xué)學(xué)會(huì)

參考期刊《Optics Express》

DOI: 10.1364/OE.27.015701

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