[发明专利]一种短波红外多通道集成光谱组件

说明书

技术领域

本发明一种InGaAs探测器组件，具体涉及一种应用于微型光谱仪的内部集成有多通道数字式分光器的InGaAs探测器组件。

背景技术

微型光谱仪在农业、食品、工业等领域具有广泛的应用需求，是现场品质快检和在线检测的理想仪器，具有快速、高通量、无损、无污染、高精度、低成本和操作方便等优点。短波红外InGaAs探测器在0.9μm～1.7μm波段具有非制冷室温工作、探测率高、均匀性好等优点，成为微型光谱仪的理想选择。基于短波红外InGaAs探测器的微型光谱仪，通常采用以下两种技术方案：(1)采用InGaAs单元探测器，以及扫描步进装置和光栅、反射镜等，实现光谱测量。其优点是成本低，其缺点是仪器内部有运动部件，影响仪器的长期稳定性和可靠性。(2)采用InGaAs线列焦平面探测器组件和光栅、反射镜等，仪器内部为全固态式分光系统，其稳定性和可靠性大幅提升，仪器的集成度水平有待进一步提升。

随着光学设计能力和加工能力的提升，现有技术有可能实现0.9μm～1.7μm波段的单片多通道数字式分光器。针对微型光谱仪的应用需求，将单片多通道数字式分光器集成到InGaAs焦平面探测器组件内部，实现短波红外多通道集成光谱组件，将大幅简化光谱仪的结构，提高仪器的稳定性与长期可靠性，并能抑制杂散光，对微型光谱仪的技术发展具有重要意义。

发明内容

本发明提出一种内部集成多通道数字式分光器的短波红外InGaAs线列焦平面探测器组件，应用于微型光谱仪和新型传感物联网光谱感知节点。

本发明的主要特征在于：为提高微型光谱仪和光谱感知节点的集成度水平与长期可靠性，发明一种短波红外多通道集成光谱组件，包括高长宽比InGaAs线列光敏芯片1、读出电路2、过渡电极板3、测温电阻4、半导体致冷器5、多通道数字式分光器6、窗口7、金属管壳8与盖板9。其中：

所述的高长宽比InGaAs线列光敏芯片1为背照射芯片，采用高长宽比结构的光敏元，长宽比为10:1或20:1，光敏元长度为500μm～1000μm，光敏元宽度为25μm～50μm，线列规模为256×1或512×1，光谱响应范围0.9μm～1.7μm；

所述的多通道数字式分光器6为一个单片多通道短波红外滤光片，在单个基片上实现光谱的精细调控，光谱通道数为64、128或者256，各通道的光谱连续均匀分布或不连续均匀分布，每个通道的光谱带宽2nm～5nm，中心波长定位精度±1nm，透过率≥50％，单个通道内的光谱噪声小于1％，通道间的串音小于1％，在分光通道以外的区域沉积短波红外波段透过率小于0.1％的光学薄膜，抑制杂散光；

所述的高长宽比InGaAs线列光敏芯片1与读出电路2通过倒焊互连，多通道数字式分光器6通过金属化焊接光谱通道以外的区域，直接与高长宽比InGaAs线列光敏芯片1耦合，集成到短波红外多通道集成光谱组件中，密封在一个金属管壳9内部，在微小区域内实现多个光谱通道。

本发明的技术方案如下：高长宽比InGaAs线列光敏芯片1与读出电路2通过倒焊互连，形成焦平面模块，胶接在过渡电极板3上；在高长宽比InGaAs线列光敏芯片1上对准装配多通道数字式分光器6；在金属管壳8内，焊接半导体致冷器5；半导体致冷器5上胶接过渡电极板3；测温电阻4胶接过渡电极板3上；窗口7焊接在盖板9上；盖板9与金属管壳8进行焊接密封。其中，读出电路2与过渡电极板3通过金属丝实现电学连接，过渡电极板3、测温电阻4与金属管壳9的引脚通过金属丝实现电学连接。

本发明的优点在于：

1.高长宽比InGaAs线列光敏芯片1采用长宽比10:1或20:1的光敏元结构，能有效提高光谱测量的信噪比；

2.多通道数字式分光器6可在单个基片上实现光谱的精细调控，并抑制各通道内的光谱噪声、通道间串音、通道外杂散光；

3.多通道数字式分光器6直接与高长宽比InGaAs线列光敏芯片1耦合，集成到探测器组件内部，在微小区域内实现多个光谱通道；

4.光谱组件大大简化微型光谱仪的分光系统，提高仪器的可靠性和稳定性，减轻仪器的重量。

附图说明

图1为InGaAs线列芯片的光敏元排布示意图。

图2为多通道数字式分光器示意图。

图3为短波红外多通道集成光谱组件结构示意图。

其中：

p1——第1个光敏元；

p2——第2个光敏元；

p3——第3个光敏元；

p255——第255个光敏元；