[发明专利]一种基于集成微腔的光谱探测芯片及重构方法

说明书

本发明公开了一种基于集成微腔的光谱探测芯片及重构方法，本发明的光谱探测芯片是在普通阵列探测器芯片上，通过纳米压印技术和镀膜技术制作多通道集成分光结构，使得原探测器芯片上不同像元对入射光的响应不同，再利用光谱重构的方法还原出样品光谱。本发明的光谱探测芯片将分光和探测集于一体，使探测器本身就具备了光谱分辨能力，实现芯片级光谱仪器，具有体积小、成本低、分辨率高、制作方便等优点，在光谱分析领域具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及光谱测量仪器技术领域，具体涉及一种光谱探测芯片，特别涉及一种基于多通道法布里珀罗分光原理的集成微腔光谱探测芯片。

背景技术

光谱学是一门主要涉及物理学及化学的重要交叉学科，人们可以通过光与物质作用前后光谱的变化来分析物质的成分和结构。由于光谱分析具有速度快、效率高、成本低、可重现性好等优点，被广泛应用于尾气分析、农作物生产检测、大气检测、食品检测、药品检测、临床疾病检测、商品鉴定等多种领域。

目前市面上大部分光谱仪基于棱镜分光、光栅分光或傅里叶干涉变换的原理，其体积庞大、抗震能力低，只能应用于车间、实验室等固定场所，无法满足现场检测和野外检测的需求。

近几年来，微型光谱仪发展十分迅速，最具代表性的是美国海洋光学公司发明的光纤光谱仪，其分光系统加上探测器系统能做到饭盒大小。但是由于其采用光栅分光原理，分辨率与光栅到探测器的距离成反比，即距离越近，分辨率越低，因此限制了其进一步的发展。

2013年申请号为201310132029.0的专利公布了一种利用集成滤光片和阵列探测器获得透射光谱曲线，再通过非负矩阵满秩分解的方法进行光谱重构，最终获得样品光光谱的方案。利用该方案能制作芯片级的光谱探测器，但是该方案存在几点不足：

1、制作多通道滤光片需要反复套刻，工艺复杂；

2、直接在探测器芯片上进行刻蚀会因为离子轰击的影响对原有的探测器芯片造成不可逆的损伤；

3、通过非负矩阵满秩分解求伪逆得到的解是该方程的最小二阶范数解，然而最小二阶范数解在一般情况下并不是样品光谱解，之后通过滤波等手段也很难还原出样品光谱解。

发明内容

有鉴于此，本发明利用集成法布里玻罗分光原理和纳米压印技术，提供一种基于集成微腔的光谱探测芯片及重构方法。

本发明的光谱探测芯片，其特征在于，包括：从下往上依次为探测器部件 1、第一高反射层2、纳米压印制作的阶梯状中间层3、第二高反射层4、带通滤光片5。

所述的探测器部件1为阵列探测器芯片，可将入射光信号转化为电信号输出，包括热探测器、本征探测器、非本征探测器、光发射探测器和量子阱探测器芯片。