[發明專利]一種短波紅外多通道集成光譜組件

無效

• 申請號: 201510416712.6
• 申請日: 2015-07-16
• 公開（公告）號: CN105021278A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發明（設計）人: 邵秀梅;周東平;方家熊;程吉鳳;徐勤飛;黃松壘;陳郁
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所;上海晶鼎光電科技有限公司
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/28
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明一種InGaAs探測器組件，具體涉及一種應用于微型光譜儀的內部集成有多通道數字式分光器的InGaAs探測器組件。

背景技術

微型光譜儀在農業、食品、工業等領域具有廣泛的應用需求，是現場品質快檢和在線檢測的理想儀器，具有快速、高通量、無損、無污染、高精度、低成本和操作方便等優點。短波紅外InGaAs探測器在0.9μm～1.7μm波段具有非制冷室溫工作、探測率高、均勻性好等優點，成為微型光譜儀的理想選擇。基于短波紅外InGaAs探測器的微型光譜儀，通常采用以下兩種技術方案：(1)采用InGaAs單元探測器，以及掃描步進裝置和光柵、反射鏡等，實現光譜測量。其優點是成本低，其缺點是儀器內部有運動部件，影響儀器的長期穩定性和可靠性。(2)采用InGaAs線列焦平面探測器組件和光柵、反射鏡等，儀器內部為全固態式分光系統，其穩定性和可靠性大幅提升，儀器的集成度水平有待進一步提升。

隨著光學設計能力和加工能力的提升，現有技術有可能實現0.9μm～1.7μm波段的單片多通道數字式分光器。針對微型光譜儀的應用需求，將單片多通道數字式分光器集成到InGaAs焦平面探測器組件內部，實現短波紅外多通道集成光譜組件，將大幅簡化光譜儀的結構，提高儀器的穩定性與長期可靠性，并能抑制雜散光，對微型光譜儀的技術發展具有重要意義。

發明內容

本發明提出一種內部集成多通道數字式分光器的短波紅外InGaAs線列焦平面探測器組件，應用于微型光譜儀和新型傳感物聯網光譜感知節點。

本發明的主要特征在于：為提高微型光譜儀和光譜感知節點的集成度水平與長期可靠性，發明一種短波紅外多通道集成光譜組件，包括高長寬比InGaAs線列光敏芯片1、讀出電路2、過渡電極板3、測溫電阻4、半導體致冷器5、多通道數字式分光器6、窗口7、金屬管殼8與蓋板9。其中：

所述的高長寬比InGaAs線列光敏芯片1為背照射芯片，采用高長寬比結構的光敏元，長寬比為10:1或20:1，光敏元長度為500μm～1000μm，光敏元寬度為25μm～50μm，線列規模為256×1或512×1，光譜響應范圍0.9μm～1.7μm；

所述的多通道數字式分光器6為一個單片多通道短波紅外濾光片，在單個基片上實現光譜的精細調控，光譜通道數為64、128或者256，各通道的光譜連續均勻分布或不連續均勻分布，每個通道的光譜帶寬2nm～5nm，中心波長定位精度±1nm，透過率≥50％，單個通道內的光譜噪聲小于1％，通道間的串音小于1％，在分光通道以外的區域沉積短波紅外波段透過率小于0.1％的光學薄膜，抑制雜散光；

所述的高長寬比InGaAs線列光敏芯片1與讀出電路2通過倒焊互連，多通道數字式分光器6通過金屬化焊接光譜通道以外的區域，直接與高長寬比InGaAs線列光敏芯片1耦合，集成到短波紅外多通道集成光譜組件中，密封在一個金屬管殼9內部，在微小區域內實現多個光譜通道。

本發明的技術方案如下：高長寬比InGaAs線列光敏芯片1與讀出電路2通過倒焊互連，形成焦平面模塊，膠接在過渡電極板3上；在高長寬比InGaAs線列光敏芯片1上對準裝配多通道數字式分光器6；在金屬管殼8內，焊接半導體致冷器5；半導體致冷器5上膠接過渡電極板3；測溫電阻4膠接過渡電極板3上；窗口7焊接在蓋板9上；蓋板9與金屬管殼8進行焊接密封。其中，讀出電路2與過渡電極板3通過金屬絲實現電學連接，過渡電極板3、測溫電阻4與金屬管殼9的引腳通過金屬絲實現電學連接。

本發明的優點在于：

1.高長寬比InGaAs線列光敏芯片1采用長寬比10:1或20:1的光敏元結構，能有效提高光譜測量的信噪比；

2.多通道數字式分光器6可在單個基片上實現光譜的精細調控，并抑制各通道內的光譜噪聲、通道間串音、通道外雜散光；

3.多通道數字式分光器6直接與高長寬比InGaAs線列光敏芯片1耦合，集成到探測器組件內部，在微小區域內實現多個光譜通道；

4.光譜組件大大簡化微型光譜儀的分光系統，提高儀器的可靠性和穩定性，減輕儀器的重量。

附圖說明

圖1為InGaAs線列芯片的光敏元排布示意圖。

圖2為多通道數字式分光器示意圖。

圖3為短波紅外多通道集成光譜組件結構示意圖。

其中：

p1——第1個光敏元；

p2——第2個光敏元；

p3——第3個光敏元；

p255——第255個光敏元；