[发明专利]兼具光谱和成像功能的成像光谱芯片及其制备方法

说明书

本发明涉及兼具光谱和成像功能的成像光谱芯片及其制备方法，该芯片包括光电转换基底、滤光薄膜；其中，所述滤光薄膜为单层结构，其是由已知且透光率不同的N种材料通过逐一涂覆、刻蚀后拼接而成，滤光薄膜包括N个周期，每个周期包括T₁、T₂......T_n个单元，每个单元覆盖光电转换基底上的M个像素，其中M大于等于1，所有单元构成周期性结构，覆盖光电转换基底上的所有像素，与每个像素对应的滤光薄膜具有相同或者不同的光谱透过率。该芯片兼具光谱和较好的成像功能，即可以通过成像识别物体，又可以对物体的不同区域分别进行光谱分析，尤其是对于微小物体，可以克服微小物体在视场中占比小，难以拍摄的问题。

技术领域

本发明属于光谱芯片领域，具体涉及一种兼具光谱和成像功能的成像光谱芯片及其制备方法。

背景技术

光谱芯片具有广阔的应用前景，从目前可以公开检索到论文和专利等资料来分析，其主要材料的技术体系有三种：一是以欧洲IMEC为代表的采用法布里-珀罗干涉滤光的方法，其专利包括[国外专利:EP2746740,2014-06-25.Gonzalez,Pilar；Jayapala,Murali；Lambrechts,Andy；Tack,Nicolaas.Spectral imaging device and method to calibratethe same[P]]；二是以中国科学院西安光机所等单位为代表的基于表面超材料的技术方案，其专利和论文包括[CN 106847849B,一种基于超表面窄带滤光的多光谱芯片及其制备方法[P]]，[Zhu Wang，Soongyu Yi etc，Single-shot on-chip spectral sensors basedon photonic crystal slab，nature，doi：10.1038/s41467-019-08994-5[J]]；三是以清华大学为代表基于量子点和浙江大学基于碳纳米线等新型材料的技术方案，其论文包括[JieBaoMoungi G.Bawendi，nature--A colloidal quantum dot spectrometer doi:10.1038/nature14576[J]]，[Yang et al.,Single-nanowire spectrometers，Science365,1017–1020(2019)，DOI:10.1126/science.aax8814[J]]。从上述公开的材料可以看出，上述技术方案均存在如下三个不足：一是单元结构尺寸较大，难以做到与每个像素对应，因而是一个周期结构对应若干个像素，降低了空间分辨率，难以实现较好的成像效果；二是其所用材料和多层结构工艺难度较为复杂，生产成本较高；三是入射光能量收集效率低，芯片开口率低。由于上述问题的存在，无法满足多个领域的实际应用需求，如需要对于图像中的某些区域或者点进行光谱分析的时候。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种兼具光谱和成像功能的成像光谱芯片，以解决现有光谱芯片无法实现较好成像功能，空间分辨率低，无法满足对于图像中的某些区域或者点进行光谱分析的技术难题。

为实现上述目的，本发明具体是采用如下技术方案实现的：

兼具光谱和成像功能的成像光谱芯片，包括光电转换基底、设置在光电转换基底上面的滤光薄膜；其中，所述光电转换基底，用于将光信号转化为电信号并以数字信号或者编码输出；所述滤光薄膜，用于将入射光光谱进行区分；所做的改进是：所述滤光薄膜为单层结构，其是由已知且透光率不同的N种材料通过逐一涂覆、刻蚀后拼接而成，滤光薄膜包括N个周期，每个周期包括T₁、T₂......T_n个单元，每个单元覆盖光电转换基底上的M个像素，其中M大于等于1，所有单元构成周期性结构，覆盖光电转换基底上的所有像素，与每个像素对应的滤光薄膜具有相同或者不同的光谱透过率，实现光谱分光；另外，与每个像素对应的滤光薄膜的光谱透过率均为已知的，通过该光谱透过率信息，修正对应像素上的光信号强度值，结合所有像素的组合，进而反演出图像信息，实现高精度的成像功能。