[發明專利]一種基于金屬微腔陣列的微型光譜儀模組的實現方法

在審

• 申請號: 202011636504.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112834036A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 孫志軍
• 申請（專利權）人: 廈門脈馳科技有限公司
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 廈門市天富勤知識產權代理事務所(普通合伙) 35244
• 代理人: 顧克帥

本發明提供一種基于金屬微腔陣列的微型光譜儀模組的實現方法，以提高其光譜分辨率、降低微腔陣列中腔內介質層的制備方法的工藝復雜性；所述的微型光譜儀模組中包括具有以金屬薄膜為反射層的Fabry?Perot結構的微腔陣列和探測器陣列；所述的提高光譜分辨率的方法包括通過基于準單色光的預置校準信息和光譜重構來獲取光譜的方法、和增加微腔陣列中的微腔單元數目；所述的微腔陣列中腔內介質層的制備方法是通過較少次數的工藝步驟來獲得具有較大數目的不同厚度的腔內介質層，以此實現具有較大數目微腔單元的微腔陣列。

技術領域

本發明涉及微型光譜儀模組，尤其是涉及一種基于金屬微腔陣列的微型光譜儀模組的實現方法。

背景技術

光譜儀是一種非常重要的光學儀器。光譜儀工作原理的核心在于其分光技術。現行常見的光譜儀概括來說有兩類：一類是以光柵光譜儀為代表的色散分光型；另一類是以基于干涉儀的傅里葉變換光譜儀為代表的調制型。實驗室級別的專業型光譜儀一般都體積較大、價格昂貴，其整體性能往往伴隨著儀器尺寸的縮小而減弱。

近年來，隨著信息技術的發展、生產生活智能化、和人們對食品安全、環境污染、醫療健康等需求的增長，微型光譜儀模組受到關注。其應用目標向作為智能化設備和消費類電子產品(如智能手機和可穿戴設備等)的傳感組件的運用來發展。

其中，基于濾光器陣列結構來實現微型光譜儀模組是一個重要途徑。這種微型光譜儀模組是將通過濾光器陣列中各個濾光器單元的透射光照射在探測器陣列中相應的探測器單元上進行光電轉換，然后再通過后端數據處理來獲取光譜。根據其濾光器陣列結構的不同，舉例如下：

如濾光器陣列是基于具有不同腔長的垂直型Fabry-Perot諧振腔(后面簡稱F-P腔)陣列結構。因其背景技術與本發明有可比性，稍后具體說明。

如濾光器陣列是基于介質材料的光子晶體結構【如以下文獻所涉及：1.N.K.Pervez,W.Cheng,et al.,Opt.Express,18(8),8277(2010)；2.X.Gan,et al.,Appl.Phys.Lett.,100,231104(2012)；等】；

還有，如濾光器陣列結構是基于金屬微納結構【如以下公開發明專利所涉及：中國發明專利CN 105092035B、CN 109642822A、CN 110873911 A、CN 110243471 A、CN109564323A、等；美國發明專利US 8542359 B2、US 7426040 B2、等】。

上面所述的Fabry-Perot諧振腔結構是一種常見而且非常重要的可以實現濾光功能的諧振腔結構。對基于Fabry-Perot諧振腔結構的濾光器陣列在微型光譜儀模組中的應用，如想獲得較寬的工作波段范圍和較高的光譜分辨率，根據其基本理論，需要該諧振結構具有非常高的精細度(Finesse)，如使諧振腔的腔體長度較小、且兩端反射鏡的具有很高的反射率，這在一般情況下都難以實現。下面就與此有關的若干文獻報道和公開的專利中的情況為例進行簡要介紹：

如在文獻【溫志渝，陳剛，王建國，光譜學與光譜分析，26(10),1955(2006)】中通過模擬計算報道的F-P腔濾光器陣列中，每個單元中F-P腔的上下反射鏡都為金屬，為獲得窄帶，就需通過增加腔長利用其高階諧振模式，但這樣就減小了濾光器陣列的工作波段范圍。同時具有不同腔長的F-P腔陣列比較難以基于量產化的平面工藝制備，如通過N次重復性的工藝流程來制備N個陣列單元；但N為幾百時，只是腔體介質制備工藝就得至少上千道工藝。