[發(fā)明專利]基于亞波長高對比度光柵的光譜芯片、光譜儀及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010718471.1
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111811652A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔開宇;鄭澤坤;蔡旭升;黃翊東;張巍;馮雪;劉仿
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01J3/433
• 分類號: G01J3/433;G01J3/02;G01N21/25
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 楊云云

1.一種基于亞波長高對比度光柵的光譜芯片，其特征在于，包括：

晶圓級別的圖像傳感器；

所述晶圓級別的圖像傳感器的感光區(qū)域的上表面制備有包含亞波長高對比度光柵結(jié)構(gòu)的光調(diào)制層，所述光調(diào)制層對不同波長的入射光的調(diào)制作用不同；其中，高對比度光柵結(jié)構(gòu)是指光柵齒的折射率和周圍包圍它的介質(zhì)的折射率的比值區(qū)間為1.5～6；亞波長是指結(jié)構(gòu)尺寸與入射光波長比值區(qū)間為0.05～5；

所述光調(diào)制層中的光柵結(jié)構(gòu)用于對入射至所述光調(diào)制層的待測光進(jìn)行調(diào)制，將所述待測光的頻譜信息編碼到晶圓級別的圖像傳感器的不同像素上，得到包含所述待測光的頻譜信息的圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于亞波長高對比度光柵的光譜芯片，其特征在于，所述光調(diào)制層包含周期性的一維光柵結(jié)構(gòu)，或，非周期性的一維光柵結(jié)構(gòu)，或，周期性的一維光柵結(jié)構(gòu)與非周期性一維光柵結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于亞波長高對比度光柵的光譜芯片，其特征在于，所述周期性的一維光柵結(jié)構(gòu)由周期性的條形圖案排列形成；所述非周期性的一維光柵結(jié)構(gòu)由非周期性的條形圖案排列形成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于亞波長高對比度光柵的光譜芯片，其特征在于，所述光調(diào)制層包含周期性的二維光柵結(jié)構(gòu)，或，非周期性的二維光柵結(jié)構(gòu)，或，周期性的二維光柵結(jié)構(gòu)與非周期性二維光柵結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于亞波長高對比度光柵的光譜芯片，其特征在于，所述周期性的二維光柵結(jié)構(gòu)由具有相同或不同形狀的多個調(diào)制孔按照周期性行列圖案排列形成；

所述非周期性的二維光柵結(jié)構(gòu)由具有相同或不同形狀的多個調(diào)制孔按照非周期性行列圖案排列形成，或，所述非周期性的二維光柵結(jié)構(gòu)由具有相同或不同形狀的多個調(diào)制孔自由組合排列形成。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于亞波長高對比度光柵的光譜芯片，其特征在于，所述光調(diào)制層包含一維光柵結(jié)構(gòu)和二維光柵結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)，其中，所述一維光柵結(jié)構(gòu)為周期性或非周期性的光柵結(jié)構(gòu)；所述二維光柵結(jié)構(gòu)為周期性或非周期性的光柵結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于亞波長高對比度光柵的光譜芯片，其特征在于，所述光調(diào)制層包含至少一個調(diào)制組合，所述調(diào)制組合中包含若干組光柵結(jié)構(gòu)和一組空結(jié)構(gòu)，所述若干組光柵結(jié)構(gòu)分別對不同波長的入射光具有窄帶濾波作用，所述一組空結(jié)構(gòu)用于直通入射光，以進(jìn)行直通光強(qiáng)的標(biāo)定；

透過所述若干組光柵結(jié)構(gòu)的光強(qiáng)分別與透過所述一組空結(jié)構(gòu)的直通光強(qiáng)進(jìn)行差分處理，得到不同波長的入射光經(jīng)過窄帶濾波后的光強(qiáng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于亞波長高對比度光柵的光譜芯片，其特征在于，所述晶圓級別的圖像傳感器為前照式，包括：自上而下設(shè)置的金屬線層和光探測層，所述光調(diào)制層集成在所述金屬線層遠(yuǎn)離所述光探測層的一面；或，

所述晶圓級別的圖像傳感器為背照式，包括：自上而下設(shè)置的光探測層和金屬線層，所述光調(diào)制層集成在所述光探測層遠(yuǎn)離所述金屬線層的一面。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于亞波長高對比度光柵的光譜芯片，其特征在于，當(dāng)所述晶圓級別的圖像傳感器為背照式時，在所述光探測層上刻蝕得到所述光調(diào)制層。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于亞波長高對比度光柵的光譜芯片，其特征在于，所述光調(diào)制層包括一層或多層結(jié)構(gòu)；

所述亞波長高對比度光柵結(jié)構(gòu)貫穿所述一層或多層結(jié)構(gòu)；或，所述亞波長高對比度光柵結(jié)構(gòu)不貫穿所述一層或多層結(jié)構(gòu)。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于亞波長高對比度光柵的光譜芯片，其特征在于，還包括：微透鏡和/或?yàn)V光片；

所述微透鏡設(shè)置在光調(diào)制層遠(yuǎn)離晶圓級別的圖像傳感器的一面，或，所述微透鏡設(shè)置在光調(diào)制層靠近晶圓級別的圖像傳感器的一面；

所述濾光片設(shè)置在光調(diào)制層遠(yuǎn)離晶圓級別的圖像傳感器的一面，或，所述濾光片設(shè)置在光調(diào)制層靠近晶圓級別的圖像傳感器的一面。