[发明专利]一种基于布拉格光栅的定制化片上光谱仪

说明书

本发明公开了一种基于布拉格光栅的定制化光谱仪。本发明包含端面耦合输入口、第一输入波导、第一级滤波通道A₁、第二级滤波通道A₂...第N级滤波通道A_N、加热电极、第一焊盘、第二焊盘、输出波导以及输出端口。第一级滤波通道A₁、第二级滤波通道A₂...第N级滤波通道A_N依次级联，前一级滤波通道的输出端和后一级的滤波通道的输入端之间均通过连接输入波导连接，端面耦合输入口经第一输入波导连接到第一级滤波通道A₁的输入端，第N级滤波通道A_N的输出端经输出波导和输出端口连接。本发明具有体积小、功耗低、传输损耗小、串扰小、分辨率高、超大带宽、系统完整、易于使用等优点。

技术领域

本发明涉及一种高分辨率、超大带宽的片上光谱仪，更具体的涉及一种基于布拉格光栅的定制化片上光谱仪，该光谱仪是多级基于反对称布拉格光栅设计的粗滤波器和基于宽波导微环谐振腔设计的精密滤波器组成的片上光谱仪。

背景技术

光谱仪是光谱分析中不可或缺的工具。传统光谱仪有着体积庞大、成本高、设备复杂等缺点，光谱仪微型化已是大势所趋。其中，硅基光子技术具有良好的集成性能以及成熟的加工工艺，为片上光谱仪的发展提供了低成本、高集成度的解决方案。片上光谱仪将设备尺寸缩小至芯片量级，具有移植性高、功耗低、成本低等优点。片上光谱仪在生活健康、安防监测等方面有着广阔的应用前景，当集成到手机时，消费者可以随时检测食物、药品等的安全成分，也能能够分析空气质量和自身体脂信息，能极大的改善人们的生活质量。

在光谱分析中，分辨率和工作带宽时十分重要的指标，高分辨率能保证检测的精确度，大带宽则是为了适应不同的工作环境。目前，片上光谱仪主要包含色散型片上光谱仪和傅里叶变换型片上光谱仪。对于色散型片上光谱仪，主要包括刻蚀衍射光栅型硅基片上光谱仪、阵列波导光栅型硅基片上光谱仪和硅基多模波导片上光谱仪。对于刻蚀衍射光栅型硅基片上光谱仪，虽然具有光谱仪尺寸小、齿面间距小且数量多、单边输入输出等优点，但易激发高阶模且通道间串扰大。对于阵列波导光栅型硅基片上光谱仪，虽然重复性好、集成度和稳定度高，但必须需要考虑损耗和通道间串扰。而对于硅基多模波导片上光谱仪，目前还处于研究阶段。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于布拉格光栅的定制化片上光谱仪，从而实现高分辨率、超大带宽、低串扰、低损耗、低功耗的片上光谱测试。

本发明所采用的技术方案是：

本发明包含端面耦合输入口、第一输入波导、第一级滤波通道A₁、第二级滤波通道A₂…第N级滤波通道A_N、加热电极、第一焊盘、第二焊盘、输出波导以及输出端口；其余各级滤波通道A₂、A₃…A_N结构与第一级滤波通道A₁一致。

第一级滤波通道A₁、第二级滤波通道A₂…第N级滤波通道A_N依次级联，前一级滤波通道的输出端和后一级的滤波通道的输入端之间均通过连接输入波导连接，端面耦合输入口经第一输入波导连接到第一级滤波通道A₁的输入端，第N级滤波通道A_N的输出端经输出波导和输出端口连接。

加热电极覆盖在第一级滤波通道A₁～第N级滤波通道A_N的宽波导微环谐振腔中，并依次串联。加热电极的两端分别电连接第一焊盘和第二焊盘，第一焊盘和第二焊盘分别连接到外部的电压源的两极。

所述的第一级滤波通道A₁包括第一级高阶模滤波器、第一连接波导、第一级粗滤波器、第二连接波导、第一级精密滤波器、第三连接波导、第四连接波导、第五连接波导、第一探测器、第一测试端口和第二测试端口。