[發明專利]小型化波導成像光譜儀

有效

• 申請號: 201780056865.1
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN110023727B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: M·馬迪;E·阿爾貝蒂;I·邵魯巴爾科
• 申請（專利權）人: 米科斯工程有限公司;聯邦材料測試與開發研究所
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/453
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 黃艷;鄭特強

公開的發明由波導光譜儀(1)組成，該波導光譜儀包括具有至少一個波導的至少一個基底層(10)，每個波導從部分通過基底層(10)的入口面(12)延伸到反射元件(13)，其中，多個光檢測器(14)布置在基底層(10)的前側(I)上，同時光檢測器(14)電連接到應該輕量化并較容易制造的電讀出系統。這通過將波導形成為表面波導(11、11′、11″、11″′)而實現，表面波導均具有位于入口面(12)與反射元件(13)之間朝向基底層(10)的前側(I)的寬度為(D)的縱向開口(110)，同時光檢測器(14、14′、14″、14″′)印刷分布在基底層(10)的頂部上的前側(I)處，沿采樣區域的總長度(ls)與表面波導(11)的縱向開口(110)至少部分地交疊，并且通過多個印刷電導體(15)實現光檢測器(14、14′、14″、14″′)與電讀出系統的電連接。

技術領域

本發明描述了一種波導成像光譜儀，該波導成像光譜儀包括具有至少一個波導的至少一個基底層，每個波導從部分通過基底層的入口面延伸到反射元件，其中，多個光檢測器布置在基底層的前側上，允許在光檢測器的位置處從每個波導外耦合(out-coupling)隱失場(evanescent field)，同時光檢測器可用作均電連接到電子讀出系統的隱失場采樣器，并且描述了一種用于制造這種波導光譜儀的方法。

背景技術

光譜學是用于研究光和物質相互作用的一般物理分析方法。當代成像光譜儀的當前趨勢表明正處于分岔路徑：一方面，對用于生成目標產品的專用光譜區域具有日益增加的興趣；并且另一方面，對用于一般的先進科學目的的大光譜區域具有日益增長的興趣。

對滿足增長的精度需求的新一代儀器的開發努力是顯著的。預期即將到來的系統具有更大的時間覆蓋率、更加精細的空間分辨率和更好的輻射度性能。此外，對于其中質量、體積和能耗是成本或應用能力的驅動因素的所有應用來說，高度期望系統的小型化。光譜儀系統的小型化是未來10至15年所展望的里程碑，以降低星載應用中的任務/項目成本，最大化經常性成本并允許集成在用于戰略任務的微型衛星中。對于星載應用，緊湊集成的光譜儀對儀器的有效載荷有直接影響。此外，單片集成系統將減小集成期間的校準要求，并增強儀器使用壽命期間的穩定性[P.Kern，“On-chip spectro-detection for fullyintegrated coherent beam combiners.,”Opt.Express 17(2009)，pp. 1976-1987，2009]。

從UV到IR利用各種各樣儀器的光譜學已經存在。通過單像素檢測器儀器的應用在許多領域均占據著主導地位。另一方面，具有連續頻帶和窄光譜分辨率的成像光譜儀(在商業上的品牌也稱作“超光譜成像儀(hyperspectral imagers)”)專用于測量所收集的輻射的光譜含量，涵蓋光譜測量的成像寬高比(imaging aspect，成像方面)。目前，用于覆蓋UV到SWIR之間的光譜范圍的成像光譜儀的主導技術是處于推掃模式的色散儀。成像FTS系統在商業上主要在IR區域運轉并且預期到2018年第一儀器(MTG-IRS儀)開始運轉。然而，必須指出的是，所有這些儀器，盡管它們具有高性能，但還是相當大的且具有質量要求。例如，如果用于非常寬的光譜范圍的成像光譜儀是基于全反射鏡系統設計的，則它們在精度方面是最好的。這進而導致大型的、質量非常大的、復雜的和昂貴的系統。

對小型化光譜測定設備的研究實際上是世界性的努力，涵蓋了在不同研究機構正在研究的多種不同方法。例如，NASA戈達德(Goddard)小組的 [L.Keesey，NASA's GoddardSpace Flight Center(戈達德航天飛行中心)， Greenbelt，Md.,2012.，http： //www.nasa.gov/topics/technology/features/chip-spectrometer.html]正致力于論證：芯片上的小型化光譜儀(其與1997年的Cassini Mission機載的合成紅外光譜儀(CIRS)類似)可能對中紅外頻帶靈敏。