[發明專利]一種大帶寬高分辨率緊湊型的片上光譜儀及檢測方法

有效

• 申請號: 202211069036.6
• 申請日: 2022-09-02
• 公開（公告）號: CN115165102B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 劉楠;馬蔚;駱瑞琦;劉冠東
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理有限公司 11435
• 代理人: 戴莉

本發明公開了一種大帶寬高分辨率緊湊型的片上光譜儀及檢測方法，包括輸入端口光柵、微環諧振器、刻蝕衍射光柵以及探測器陣列，各部分之間通過單模波導連接，其中微環諧振器上集成有加熱電極，所述加熱電極用于調節所述微環諧振器的輸出波長，使輸出波長覆蓋整個自由光譜范圍。本發明微環諧振器的輸出光譜具有周期性，波長相隔一個自由光譜范圍的光從微環諧振器的輸出端口輸出，記錄微環諧振器輸出波長調節一個完整的自由光譜范圍所需電壓，并選取調節電壓間隔點數Ncounts；微環諧振器的自由光譜范圍FSR等于刻蝕衍射光柵的通道間隔，按照步進點數掃描加熱電極電壓，即可通過探測器陣列測量完整的光譜，檢測方便。

技術領域

本發明涉及光譜分析技術領域，特別涉及一種大帶寬高分辨率緊湊型的片上光譜儀及檢測方法。

背景技術

片上光譜儀在光通訊、光譜學、化學、生物、天文學等領域有著廣泛的應用，片上集成兼容CMOS工藝，在大規模生產時成本較低，并且能夠與光電探測器相集成，實現光學光譜直接電讀出。相比常規光譜儀來說，片上光譜儀具有體積小、攜帶便利、方便檢測等優勢，逐漸成為新的研究熱點。

但常規片上光譜儀想要獲得大帶寬和高分辨率就不可避免的要有較大的片上器件面積，除增加了制作成本外，還會帶來額外的損耗，并且對晶圓上波導的厚度和寬度提出了更嚴格的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種大帶寬高分辨率緊湊型的片上光譜儀及檢測方法，以克服現有技術中的不足。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明公開了一種大帶寬高分辨率緊湊型的片上光譜儀，包括輸入端口光柵、微環諧振器、刻蝕衍射光柵以及探測器陣列，各部分之間通過單模波導連接，其中微環諧振器上集成有加熱電極，所述加熱電極用于調節所述微環諧振器的輸出波長。

作為優選的，通過調節加熱電極的工作電壓調節微環諧振器的輸出波長覆蓋整個自由光譜范圍。

作為優選的，所述的微環諧振器包括上下載型微環諧振器或全通型微環諧振器。

作為優選的，微環諧振器的輸出光譜具有周期性，波長相隔一個自由光譜范圍的光從微環諧振器的輸出端口輸出。

作為優選的，所述刻蝕衍射光柵設有若干個輸出通道，相鄰輸出通道的輸出光波長具有相同的通道間隔，所述通道間隔等于所述微環諧振器的輸出波長間隔。

作為優選的，所述微環諧振器上集成的加熱電極的制作工藝與CMOS工藝兼容，加熱電極的材料包括氮化鈦。

作為優選的，所述片上光譜儀上各組成部分的材料包括硅、二氧化硅、氮化硅其中的一種或多種。

本發明公開了一種片上光譜儀的檢測方法，包括如下步驟：

S1、設置若干個輸出通道用于連接刻蝕衍射光柵與探測器陣列，相鄰輸出通道的輸出光波長具有相同的通道間隔，所述通道間隔等于一個自由光譜范圍；

S2、調節集成在微環諧振器上的加熱電極的工作電壓，從而調節微環諧振器的輸出波長，控制所述微環諧振器的輸出光譜具有周期性，波長相隔一個自由光譜范圍的光從微環諧振器的輸出端口輸出進入刻蝕衍射光柵，不同波長的光由刻蝕衍射光柵的輸出端口對應輸出，進入探測器陣列；

S3、記錄微環諧振器輸出波長調節一個完整的自由光譜范圍所需電壓，并選取調節電壓間隔點數，掃描加熱電極電壓即可通過探測器陣列測量完整的光譜。