[实用新型]光谱芯片及光谱仪

说明书

本实用新型提供一种光谱芯片及光谱仪，芯片包括：在晶圆级别的图像传感器的感光区域的表面制备有光调制层，光调制层由金属和介质两种材料交替排布形成；光调制层包含由多个微纳单元组成的单元阵列；微纳单元包含有多组微纳结构阵列，每组微纳结构阵列由二维光栅结构形成，每组微纳结构阵列中的二维光栅结构为具有偏振无关特性的光栅结构；各微纳单元的多组微纳结构阵列中的二维光栅结构用于对入射光进行调制，将入射光的频谱信息调制到晶圆的不同像素点上，得到包含频谱信息的图像。本实用新型提供的光谱芯片对入射角度、偏振不敏感，从而使得光谱测量结果不会受到待测光入射角度和偏振特性的影响，进而能够保证光谱测量性能的稳定性。

技术领域

本实用新型涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种光谱芯片及光谱仪。

背景技术

现有的光谱仪需要通过分光元件将入射光的不同波长成分分离，再进行探测，而分光元件往往对不同角度、不同偏振的入射光有不同的响应；在实际使用中，无法事先知道待测光的入射角度和偏振特性，因此，现有的光谱仪通常需要增加准直元件、偏振片，这不仅增加了器件的体积和成本，而且降低了器件的工作稳定性。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型实施例提供一种光谱芯片及光谱仪，该光谱芯片对入射角度、偏振不敏感，从而使得光谱测量结果不会受到待测光入射角度和偏振特性的影响，进而能够保证光谱测量性能的稳定性，同时，本实用新型实施例提供的光谱芯片，将对入射角、偏振不敏感的光调制层与晶圆级别的图像传感器单片集成，无分立元件，不需要外加准直元件、偏振片等复杂光学器件，因此有利于提高器件的稳定性、降低器件的体积和成本。

具体地，本实用新型实施例提供了以下技术方案：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种光谱芯片，包括：

晶圆级别的图像传感器；

所述晶圆级别的图像传感器的感光区域的上表面制备有光调制层，所述光调制层沿光调制层平铺方向由金属和介质交替排布形成；

所述光调制层包含由多个微纳单元组成的单元阵列，每个微纳单元对应晶圆级别的图像传感器上的一个或多个像素点；

所述微纳单元包含有多组微纳结构阵列，每组微纳结构阵列由二维光栅结构形成，其中，每组微纳结构阵列中的二维光栅结构为具有偏振无关特性的光栅结构。

进一步地，每组微纳结构阵列对应的二维光栅结构为满足四重旋转对称性的二维光栅结构。

进一步地，所述光调制层包含多个微纳单元，多个微纳单元的结构相同或不同；对于任一微纳单元包含的多组微纳结构阵列对应的二维光栅结构互不相同，多组微纳结构阵列对入射光分别具有不同的调制作用。

进一步地，所述光调制层包含多个微纳单元，多个微纳单元的结构相同或不同；对于任一微纳单元包含的多组微纳结构阵列对应的二维光栅结构互不相同，每组微纳结构阵列均具有窄带滤波作用，只允许特定预设波长的入射光通过。

进一步地，所述光调制层包含多个微纳单元，多个微纳单元的结构相同或不同；对于任一微纳单元均包含有一组空结构，且其余组微纳结构阵列对应的二维光栅结构互不相同，所述空结构用于直通入射光，进行直通光强的标定；所述其余组微纳结构阵列对入射光分别具有不同的调制作用。

进一步地，所述光调制层包含多个微纳单元，多个微纳单元的结构相同或不同；对于任一微纳单元均包含有一组空结构，且其余组微纳结构阵列对应的二维光栅结构互不相同，所述空结构用于直通入射光，进行直通光强的标定；所述其余组微纳结构阵列中的每组微纳结构阵列均具有窄带滤波作用，只允许特定预设波长的入射光通过。