光谱成像技术具备空间分辨和光谱分辨能力,在众多领域中广泛应用。非共线声光可调滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)是一种新型分光元件,具有入射孔径角大、衍射效率高、调谐灵活快速、调谐范围宽等优点,体现了AOTF用于光谱成像的优势。开展基于AOTF的光谱成像研究已逐渐成为国内外光学领域的热点之一。光谱分辨率是非共线AOTF的重要性能指标之一,光谱分辨率的高低在很大程度上影响着利用AOTF分光的光谱成像系统的目标识别能力。探讨能够提高AOTF光谱分辨率的有效方法,并用于光谱成像研究,具有一定的科学意义和应用价值。本研究考虑到仅靠改进AOTF制作工艺来提高光谱分辨率方面的局限性,提出了级联声光滤波来提高光谱分辨率的设计方案。实验获得了二次滤波光谱宽度随超声频率差的变化规律;兼顾光谱分辨性能和衍射效率,建立了一种在平衡点附近恰当选取超声频率差的方法。构建了级联声光滤波显微光谱成像系统,实验中获得了可见光波段大量的鉴别率板、非染色胃癌组织的光谱和显微图像,光谱带宽窄,且显微图像清晰。通过一次滤波和二次滤波实验结果的对比分析,证实了级联滤波方法对于提高系统光谱分辨率的可行性。研究得到了在光波长范围为507.82 nm-565.05 nm内,更有利于识别非染色胃癌组织精细结构,表明级联声光滤波光谱成像系统可为生物医学快速、无损诊断提供技术支持;为提高光谱成像系统的便携性,研究初步建立了光纤型声光滤波光谱成像装置;在467.54 nm-705.85 nm波长范围,获得了光谱分辨和图像分辨性能较好的鉴别率板光谱和图像,体现了光纤传像束与AOTF有机结合开展声光滤波光谱成像的有效性,为声光滤波光谱成像的发展和应用提供了新思路。