[發明專利]一種基于超表面窄帶濾光的多光譜芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 201611261268.6
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106847849B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 魚衛星;楊靖忠;仝曉剛;胡炳樑
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L27/148;B82Y40/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發明提供一種基于超表面窄帶濾光的多光譜芯片，包括面陣圖像傳感器和超表面結構濾光片陣列，所述超表面結構濾光片陣列包括兩層納米膜鈍化層及位于兩層納米膜鈍化層之間的金屬納米孔周期陣列結構；所述超表面結構濾光片陣列位于面陣圖像傳感器上；所述金屬納米孔周期陣列結構包括金屬介質膜層，所述金屬介質膜層上具有不同尺寸的周期性納米孔陣列。本發明通過在同一厚度金屬介質膜層上制備不同尺寸的周期性納米結構陣列，實現對目標圖像在多光譜譜段上的窄帶濾光；本發明適用于更精細的圖譜信息采集，在圖像傳感器表面制備金屬納米周期性結構，實現面陣多光譜芯片，在工藝上更易于實現，并具有廣泛的適用性。

技術領域

本發明涉及一種基于超表面窄帶濾光的多光譜芯片，尤其涉及一種基于金屬納米結構的表面等離子體共振和表面等離子體激元局域增強透射效應窄帶濾光的光譜芯片及其實現技術。

背景技術

超表面窄帶濾光是一種基于金屬納米結構表面等離子體共振和表面等離激元子局域增強透射效應的干涉濾光片，即在單一平面上改變金屬納米結構陣列的尺寸和周期從而調整其濾光屬性，進而實現對目標圖像的光譜進行精細的波長選擇，精確捕獲目標光譜紋理的圖譜曲線，從而獲得有價值的物體屬性信息。光譜芯片作為一種常用圖像傳感器，在物質成分研究、食品安全檢查、藥物制備、醫學病例分析、廢舊物分揀、回收等科學研究領域有廣泛的應用。

傳統的光學濾光片有兩種工作模式，一種是基于顏色染劑的化學方法，另一種是法布里-珀羅干涉濾光的物理方法。化學方法利用特定顏色的染色劑可以吸收特定波長的特點，達到濾取特定波長的目的，這種濾光片主要應用在顯示系統如液晶顯示器中。其缺點是染色劑在長期受到光照射后，會發生褪色或者變質從而導致濾光效能退化的情況。而采用物理方法的法布里-珀羅干涉濾光器件，主要包括全介質濾光片和金屬干涉濾光片。前一種是通過改變膜層材料以及膜層數來調節濾光屬性，后者則是通過改變金屬層中的介質厚度來調節濾光波長，且透射率較低。兩種濾光設計均采用了多光束干涉濾光原理，當要實現多光譜濾光時，由于要針對某一特定波長則需要選取特定的膜層厚度或者膜層數量，因而需要在同一芯片上實現不同膜厚的濾光單元陣列的制備，其工藝實現難度很大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提出一種基于超表面窄帶濾光的光譜芯片，在面陣COMS或CCD圖像傳感器表面上制備超表面結構，通過金屬超表面結構的表面等離子體共振和表面等離子體激元局域增強透射效應實現窄帶濾光，其次通過不同濾光單元組合和信息提取方式可實現兩種物體圖譜信息的獲取。所有的濾光單元可在同一厚度膜層上制備，工藝實現上更加容易，并且濾光性能好。

本發明的技術解決方案是提供一種基于超表面窄帶濾光的多光譜芯片，其特殊之處在于：包括面陣圖像傳感器和超表面結構濾光片陣列，上述超表面結構濾光片陣列包括兩層納米膜鈍化層及位于兩層納米膜鈍化層之間的金屬納米孔周期陣列結構；上述超表面結構濾光片陣列位于面陣圖像傳感器上；

上述金屬納米孔周期陣列結構包括金屬介質膜層，上述金屬介質膜層上具有不同尺寸的周期性納米孔陣列。

根據超表面結構濾光片組成原理，圖像信息中特定波長的光在特定周期性金屬納米結構單元表面激發表面等離子體激元發生共振和增強透射并且被CMOS或CCD圖像傳感器接收，而其它波長的光則被反射不能透過，從而實現在圖像傳感器上對物體圖譜信息的獲取。

當光學系統為多孔徑復眼成像系統，上述周期性納米孔陣列包括多個濾光區域，每個濾光區域對應圖像傳感器的多個像元，每個濾光區域包括孔徑和周期相同的金屬納米孔陣列，不同濾光區域金屬納米孔陣列的孔徑和周期不同；圖像傳感器直接接收不同濾光區域的圖像信號，獲取多幅連續或離散譜段上的物體圖像信息。