[实用新型]短波红外多通道集成光谱组件

说明书

技术领域

本专利一种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

本专利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。

本专利的主要特征在于：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。

所述的多通道数字式分光器6作为微型光谱仪的分光元件，通过边缘金属 化焊接，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。

所述的高长宽比InGaAs线列光敏芯片1的光敏元为长方形结构，长宽比 为10:1或者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，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通过边缘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8内部，在微小区域内构成有多个光谱通道的集成光谱组件。

本专利的技术方案如下：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8的引脚通过金属丝实现电学连接。

本专利的优点在于：

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