摘要： 光谱成像（或称成像光谱技术）是一种强大的技术，可在场景图像的每个像素点获取完整的光谱信息。该技术可通过多种方法实现：第一种方法是在单色相机前加装带通光谱滤光片，从而以有限的光谱波段获取高光谱图像；第二类技术通过色散光谱仪与光栅扫描相结合的方式采集每个图像点的完整连续光谱，但会因光谱仪入射狭缝产生较大光损；另一种替代方案是将成像技术与傅里叶变换（FT）光谱仪相结合[1]。该技术能并行获取场景中所有像素的光谱，适合成像应用，但需要亚周期精度的延迟控制——这对标准迈克尔逊或马赫-曾德尔干涉仪而言极难实现。 本文介绍一种基于FT方法的紧凑型高光谱相机，其干涉仪采用双折射TWINS器件[2,3]的改进版本。得益于共光路几何结构，该设计天然具备优异的稳健性、精度和可重复性。图1(a)展示了实验装置：A和B为光学轴正交的β-BBO双折射晶体块，P1偏振片将入射光以45°角相对于晶体轴极化。A块被加工成楔形结构，通过电动平移台移动楔形体可改变其厚度。光传播过程中，寻常光与非常光投影会根据A/B块的相对厚度累积正负可调的相对延迟。P2偏振片将光束投影至相同偏振态（45°）以实现干涉。该干涉仪的光谱分辨率与用户可调的总相位延迟成反比——当波长λ=600nm时，最大扫描位移可产生±250fs的延迟，对应3THz（约4nm）的光谱分辨率。最终通过相机镜头收集干涉仪出射光，在商用10位硅基单色CMOS传感器上形成物体图像。 为表征这款创新高光谱相机，我们拍摄了图1(b)所示的测试对象：包含四种作为漫反射比色标准的Spectralon色料（绿G、蓝B、红R、黄Y，均具有校准光谱反射率）和一块在0.3-2.5μm波长范围内反射率约98.3%的白标准板(W)。采用150W氙灯照明测试对象，同时投射绿色(L1, λ=532nm)和红色(L2, λ=635nm)二极管激光束用于校准光谱仪频率轴并验证其光谱分辨率。实验设置最大光圈，以25ms积分时间采集400幅延迟图像。所有像素点的干涉图可见度均>84%，证明本设备满足FT方法所需的干涉相干性要求。通过W光谱加权进行白平衡后，从测量干涉图提取的反射光谱与校准光谱高度吻合（见图1(c)光谱曲线），证实该相机在可见光及近红外波段具有极高的光谱精度。图(b)面板中的RGB图像即由采集的高光谱图像生成。此外，我们将证明该设备的高灵敏度还能测量荧光样本的微弱发射。