[实用新型]一种大带宽且分辨率可调的微型芯片光谱仪

说明书

一种大带宽且分辨率可调的微型芯片光谱仪，包括光谱粗分割单元A、可调谐环形滤波器B、采样光谱记录与还原单元C以及参考单元D，所述粗分割单元A的上输出端和所述可调谐环形滤波器B的输入端相连接，所述粗分割单元A的下输出端和所述参考单元D连接，所述可调谐环形滤波器B的输出端和所述采样光谱记录与还原单元C通过一个1×2的分束器相连接。本实用新型具有大带宽、分辨率可调、功耗低、适用于各种材料平台。

技术领域

本实用新型涉及芯片光谱仪，尤其涉及一种大带宽且分辨率可调的微型芯片光谱仪。

背景技术

光谱仪通过对检测样品的光谱分析来反馈该样品的重要信息，在环境保护、生物和化学检测、工业和农业生产、医疗诊断和天文探索等方面具有广泛应用。而光子集成光谱仪具有尺寸小，成本低、稳定性好、功耗低等优点，在小型化和便携式的光谱分析仪器中具有非常重要的应用前景。目前主要有三类芯片光谱仪，第一种是基于片上马赫增德尔干涉仪(MZI)阵列的傅里叶变化光谱仪(FPS)(文献[1]Przemek J.Bock,et al,High-resolution Fourier-transform spectrometer chip with microphotonic siliconspiral waveguides,Opt.Lett.38,706-708(2013)；文献[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优点，但是其光谱带宽和分辨率之间有一个权衡，即高的分辨率对应的光谱带宽较小，反之亦然。第二类是基于光波导的色散器件，比如阵列波导光栅(文献[3]P.Cheben,etal,A high-resolution silicon-on-insulator arrayed waveguide gratingmicrospectrometer with sub-micrometer aperture waveguides,Opt.Express 15,2299-2306(2007)；文献[4]J.Zou,et al,Ultracompact silicon-on-insulator-basedreflective arrayed waveguide gratings for spectroscopic applications,Appl.Opt.55,3531-3536(2016).)，蚀刻衍射光栅(文献[5]P.Pottier,et al,“IntegratedMicrospectrometer with Elliptical Bragg Mirror Enhanced Diffraction Gratingon Silicon on Insulator”ACS Photonics 1,430-436(2014)；文献[6]BernardoB.C.Kyotoku,et al,Sub-nm resolution cavity enhanced micro-spectrometer,Opt.Express 18,102-107(2010))等，它们面临的问题就是随着光谱仪分辨率的提升，器件的尺寸将会大大增加，同时利用现有的工艺水平很难制作出性能良好且具有亚纳米分辨率的片上光谱仪；第三类是利用级联微环阵列(文献[7]Z.Xia,et al,High resolution on-chip spectroscopy based on miniaturized microdonut resonators,Opt.Express19,12356-12364(2011))，但由于微环的Q值较高，使其对工艺偏差非常敏感，也很难制作出性能良好的光谱仪。

因此，一种能同时解决上述三类光谱仪中存在的问题的芯片光谱仪变得尤为重要，特别是随着近年来便携式传感器和片上小型化检测系统的发展，该类芯片光谱仪需求迫切。同时，如果该芯片光谱仪的分辨率可调将更具应用潜力。

发明内容