[發明專利]一種大帶寬且分辨率可調的微型芯片光譜儀

在審

• 申請號: 202010040185.4
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111157112A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 鄒俊;王昌輝;張明;樂孜純
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01J3/12
• 分類號: G01J3/12;G01J3/28
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種大帶寬且分辨率可調的微型芯片光譜儀，包括光譜粗分割單元A、可調諧環形濾波器B、采樣光譜記錄與還原單元C以及參考單元D，所述粗分割單元A的上輸出端和所述可調諧環形濾波器B的輸入端相連接，所述粗分割單元A的下輸出端和所述參考單元D連接，所述可調諧環形濾波器B的輸出端和所述采樣光譜記錄與還原單元C通過一個1×2的分束器相連接。本發明具有大帶寬、分辨率可調、功耗低、適用于各種材料平臺。

技術領域

本發明涉及芯片光譜儀，尤其涉及一種大帶寬且分辨率可調的微型芯片光譜儀。

背景技術

光譜儀通過對檢測樣品的光譜分析來反饋該樣品的重要信息，在環境保護、生物和化學檢測、工業和農業生產、醫療診斷和天文探索等方面具有廣泛應用。而光子集成光譜儀具有尺寸小，成本低、穩定性好、功耗低等優點，在小型化和便攜式的光譜分析儀器中具有非常重要的應用前景。目前主要有三類芯片光譜儀，第一種是基于片上馬赫增德爾干涉儀(MZI)陣列的傅里葉變化光譜儀(FPS)(文獻[1]Przemek J.Bock,et al,High-resolution Fourier-transform spectrometer chip with microphotonic siliconspiral waveguides,Opt.Lett.38,706-708(2013)；文獻[2]Mario C.M.M.Souza,et al,“Fourier transform spectrometer on silicon with thermo-optic non-linearityand dispersion correction”,Nature Comm.9,665(2018))，它具有高的信噪比和光通量大等優點，但是其光譜帶寬和分辨率之間有一個權衡，即高的分辨率對應的光譜帶寬較小，反之亦然。第二類是基于光波導的色散器件，比如陣列波導光柵(文獻[3]P.Cheben,etal,A high-resolution silicon-on-insulator arrayed waveguide gratingmicrospectrometer with sub-micrometer aperture waveguides,Opt.Express 15,2299-2306(2007)；

文獻[4]J.Zou,et al,Ultracompact silicon-on-insulator-basedreflective arrayed waveguide gratings for spectroscopic applications,Appl.Opt.55,3531-3536(2016).)，蝕刻衍射光柵(文獻[5]P.Pottier,et al,“IntegratedMicrospectrometer with Elliptical Bragg Mirror Enhanced Diffraction Gratingon Silicon on Insulator”ACS Photonics 1,430-436(2014)；文獻[6]BernardoB.C.Kyotoku,et al,Sub-nm resolution cavity enhanced micro-spectrometer,Opt.Express 18,102-107(2010))等，它們面臨的問題就是隨著光譜儀分辨率的提升，器件的尺寸將會大大增加，同時利用現有的工藝水平很難制作出性能良好且具有亞納米分辨率的片上光譜儀；第三類是利用級聯微環陣列(文獻[7]Z.Xia,et al,High resolution on-chip spectroscopy based on miniaturized microdonut resonators,Opt.Express19,12356-12364(2011))，但由于微環的Q值較高，使其對工藝偏差非常敏感，也很難制作出性能良好的光譜儀。

因此，一種能同時解決上述三類光譜儀中存在的問題的芯片光譜儀變得尤為重要，特別是隨著近年來便攜式傳感器和片上小型化檢測系統的發展，該類芯片光譜儀需求迫切。同時，如果該芯片光譜儀的分辨率可調將更具應用潛力。

發明內容