光谱成像技术是生命科学领域重要的研究工具,它可以同时从空间维和光谱维对样本信息进行解析,提供多维可视化的成像,已被广泛应用于细胞动力学、病理分析等研究中。如若要进一步提高样本精细结构的实时可见性,以更精准地观测及理解微观生命体在不同时期的活动,就必须推动该技术在曝光次数、分辨率、光展量等方面达到更高的标准。本文以快照式光谱显微成像方法为目标,深入研究了基于图像切分技术的一次成像原理、快照式系统的模型、衍射对系统设计的制约、核心元件的加工及封装等,所完成的主要工作包括:1、提出了双像切分阵列的光谱显微成像系统方案（Double-Slicer Spectroscopic Microscopy,DSSM）。利用两个球面像切分阵列构成像切分单元,实现对二维样本图像的分割与重新排布,并经色散及图像重组,构建样本的数据立方。像切分单元具备图像映射及光瞳成像的功能,能更充分地利用后续棱镜的分光能力,提升系统的光谱分辨力,并降低系统的能量损耗。另外,利用已矫正像散的形变单元,实现图像在水平和垂直方向1:2的放大率,以满足像面上对于空间和光谱采样率的需求,并将像素利用率提高接近一倍。2、建立了DSSM的衍射模型,完善系统设计并实现仿真验证。通过衍射模型,分析了减小串扰的设计条件和方法,优化了DSSM的设计方案,构建了仿真实验系统并进行成像质量评估。该方案可实现417 nm的空间分辨率,在中心波长处的波长分辨能力可达到7.5 nm,光谱通道数量为20,覆盖了从500.0 nm到642.5 nm的光谱范围,将串扰保持在较低水平,约为1.17%,系统最大的几何像差为±1%畸变值,在人眼可接受的范围内。3、初步研制了像切分阵列的加工工艺及封装方法。搭建了实验测试系统,测量了像切分阵列的加工误差,该元件的偏向角误差低于0.1 mrad,表面粗糙度约为8 nm;另外,设计并加工了像切分阵列的工装以实现元件的封装。