[发明专利]一种具有高分辨率的光谱测量元器件及远场光谱测量方法

权利要求书

1.一种具有高分辨率的光谱测量元器件，其特征在于，在厚度方向上依次包括二氧化硅基底层(1)、高低折射率交替光子晶体层(2)、高折射率调制层(3)和低折射率缺陷层(4)。

2.根据权利要求1所述的具有高分辨率的光谱测量元器件，其特征在于，所述光谱测量元器件能够附着在任意类型的光路中以实现布洛赫表面波的激发。

3.根据权利要求1所述的具有高分辨率的光谱测量元器件，其特征在于，所述低折射率缺陷层(4)厚度小于0.5微米。

4.根据权利要求1所述的具有高分辨率的光谱测量元器件，其特征在于，所述高低折射率交替光子晶体层(2)厚度不超过2微米。

5.根据权利要求1-4任一项所述的具有高分辨率的光谱测量元器件，其特征在于，所述高低折射率交替光子晶体层(2)中的高折射率材料为氮化硅，低折射率材料为二氧化硅，所述高折射率调制层(3)的材料为氮化硅，所述低折射率缺陷层(4)材料为二氧化硅。

6.根据权利要求1-5任一项所述的具有高分辨率的光谱测量元器件的远场光谱测量方法，其特征在于，光谱测量元器件上的布洛赫表面波被远场待测光源激发后，记录反射光信号；然后改变元器件表面的环境，再次记录反射光信号，依据两次信号差分结果得到空间上不同位置的相对强度分布，将空间上不同位置的相对强度分布换算成波长间的相对强度关系，即远场待测光源的光谱。

7.根据权利要求6所述的远场光谱测量方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

步骤一：将所述光谱测量元器件贴附于棱镜(9)上，远场待测光源(5)所发出光经扩束透镜(6)、偏振片(7)、前置柱透镜(8)聚焦至棱镜(9)斜侧，完成光谱测量元器件上布洛赫表面波的激发，远场待测光源(5)从元器件下表面，即二氧化硅基底层(1)入射并激发元器件上表面低折射率缺陷层(4)的布洛赫表面波后，反射光通过后置柱透镜(10)后被CCD成像器件(11)所收集，记录反射光在空间上的相对强度分布；

步骤二：改变光谱测量元器件表面的环境分布，重复步骤一用CCD成像器件(11)再次收集反射光信号，并再次记录反射光在空间上的相对强度分布；

步骤三：针对两次采集到的反射光信号做差分，将此时空间上不同位置的相对强度分布依据光学元件的几何位置关系换算为不同角度上的相对强度分布，再依据所设计光谱测量元器件的色散关系，将角度上的相对强度分布换算为不同波长的相对强度分布，即远场光源的光谱。

8.根据权利要求7所述的远场光谱测量方法，其特征在于，所述步骤二中改变光谱测量元器件表面的环境分布，使光谱测量元器件表面上方环境的折射率变化大于0.2，且恢复时间小于毫秒量级。

9.根据权利要求7所述的远场光谱测量方法，其特征在于，所述的高低折射率交替光子晶体层(2)厚度参数能够用来调节测量光谱的范围，高折射率层和低折射率层的相对折射率相近时，其测量范围最宽，高低折射率交替光子晶体层(2)的单元结构越厚，所测量光谱范围越趋于红移。

10.根据权利要求7所述的远场光谱测量方法，其特征在于，所述的高折射率调制层(3)和低折射率缺陷层(4)厚度能够用来调节测量光谱的光谱分辨率，当待测光源的波长范围确定时，通过调节高折射率调制层(3)和低折射率缺陷层(4)的厚度使对应布洛赫表面波激发角接近临界角，达到最优的光谱分辨率。