[发明专利]用于执行集成干涉图扫描的波导光谱仪

说明书

公开的发明由波导光谱仪(1)组成，该波导光谱仪包括：具有至少一个表面波导(11)的至少一个基底层(10)，每个波导(11)从入口面(12)延伸且被构造为引导接收的光；波导(11)中的至少一个隐失场采样器，被构造为沿波导(11)外耦合光；被构造为检测外耦合的光的至少一个光感测单元，均电连接到电读出系统；以及用于实现波导(11)内的反向传播光学信号的器件，被构造为获得反向传播光学信号之间的干涉，生成沿波导(11)的干涉图样，波导光谱仪(1)应具有紧凑和简单的构造，同时改善光谱仪的光谱范围/带宽。这通过包括集成到采样波导结构中的至少一个调制器的波导光谱仪(1)实现，所述调制器被构造为能够调节引导的光学信号并被构造为用于改变折射率，其中，所述至少一个集成的调制器是由紧邻导芯或波导(11)旁边设置的电极(30；30')实现，生成扫描干涉图所需的光学相移。

技术领域

本发明涉及一种用于执行集成干涉图扫描技术的波导光谱仪和用于制造波导光谱仪的方法。

背景技术

光谱学是用于研究光和物质相互作用的一般物理分析方法。当代成像光谱仪的当前趋势表明正处于分岔路径：一方面，对用于生成目标产品的专用光谱区域具有日益增加的兴趣；并且另一方面，对用于一般的先进科学目的的大光谱区域具有日益增长的兴趣。对满足增长的精度需求的新一代仪器的开发努力是显著的。预期即将到来的系统具有更大的时间覆盖率、更加精细的空间分辨率和更好的辐射度性能。此外，对于其中质量、体积和能耗是成本或应用能力的驱动因素的所有应用来说，高度期望系统的小型化。光谱仪系统的小型化是未来10至15年所展望的里程碑，以降低任务/项目成本，最大化经常性成本并允许集成在用于战略任务的微型卫星中。对于星载应用，紧凑集成的光谱仪对仪器的有效载荷有直接影响。此外，单片集成系统将减小集成期间的校准要求，并增强仪器使用寿命期间的稳定性。

从UV到IR利用各种各样仪器的光谱学已经存在。通过单像素检测器仪器的应用在许多领域均占据着主导地位。另一方面，具有连续频带和窄光谱分辨率的成像光谱仪(在商业上的品牌也称作“超光谱成像仪(hyperspectral imagers)”)专用于测量所收集的辐射的光谱含量，涵盖光谱测量的成像宽高比(imaging aspect，成像方面)。目前，用于覆盖UV到SWIR之间的光谱范围的成像光谱仪的主导技术是处于推扫模式的色散仪。成像FTS系统在商业上主要在IR区域运转并且预期到2018年第一空间仪器(MTG-IRS仪)开始运转。然而，必须指出的是，所有这些仪器，尽管它们具有高性能，但还是相当大的且具有质量要求。例如，如果用于非常宽的光谱范围的成像光谱仪是基于全反射镜系统设计的，则它们在精度方面是最好的。这进而导致大型的、质量非常大的、复杂的和昂贵的系统。

对小型化光谱测定设备的研究实际上是世界性的努力，涵盖了在不同研究机构正在研究的多种不同方法。例如，NASA戈达德(Goddard)小组正致力于论证：芯片上的小型化光谱仪(其与1997年的Cassini Mission机载的合成红外光谱仪(CIRS)类似)可能对中红外频带灵敏[L.Keesey，NASA's Goddard Space Flight Center(戈达德航天飞行中心)，Greenbelt，Md.,2012.，http：//www.nasa.gov/topics/technology/features/chip-spectrometer.html]。潜在的设备是通常用于研究行星和星球的光谱并识别它们的化学成分和其它物理性质的迈克逊(Michelson)型FTS的大大缩小的版本。为了使大家明白新一代FTS的紧凑性，这样说就足够了：Cassini号宇宙飞船机载的CIRS与洗碗机一样大，但是其很强大并且具有有价值的发现。然而，在NASA戈达德处研究的所述设备可能仅能够测量单个像素，并且其构思无法实现可升级以发展为成像光谱仪。