[发明专利]一种具有超宽带外截止的集成窄带分光器件

说明书

本发明公开了一种具有超宽带外截止的集成窄带分光器件，该器件自下而上由衬底、底层一维光子晶体、第一阶梯状介质层、负介电常数材料层、第二阶梯状介质层、顶层一维光子晶体组成。本发明基于Tamm态诱导透射原理，通过调整负介电常数材料层两侧介质层的厚度，控制分光器件的带通峰位，从而实现不同透射波长的窄带通滤波器在同一块衬底上集成，达到多通道同时分光的目的。本发明的分光器件在实现对不同波长分光的同时，亦具有超宽的截止带，截止范围可从深紫外到远红外，做到分光和带外截止一体化。该器件结构简单、易与探测器集成。

技术领域

本发明涉及分光器技术领域，具体涉及一种基于具有超宽带外截止的集成窄带分光器件。

背景技术

光谱仪的本质是一种可以区分不同光波强度的分析仪器。通过它可以分析材料的光学信息，分子结构和化学组成。光谱技术的应用几乎涵盖了生物学、化学、物理学等所有科学领域。分光系统是制作光谱仪的核心技术之一，然而，一直以来几乎所有的光谱仪均是基于光栅或棱镜等色散型分光系统而制成，虽然这些方法大多可以在可见和近红外波段可以实现非常高的光谱分辨率，但是光栅存在加工复杂、成本高、易损等缺点，而且分辨率越高所需的光程就越长，相应的光谱仪体积就越大。此外，单个棱镜的色散能力很弱，通常需要使用棱镜组来制造光谱仪中的分光系统，并且很难通过微纳加工技术来制造传统的棱镜。在利用迈克尔逊干涉分光的光谱仪中，由于需要通过控制动镜的精确扫描，获得目标光谱像元的时间序列干涉图，然后利用傅里叶变换来获得光谱，这就要求此类光谱仪对机械结构的加工精度和扫描传送的精度要求非常严格，所以成本高，并且包含移动元件，想要得到更高的分辨率，移动的距离就要越远，体积就越大，所以这种光谱仪都具有体积大的复杂分光系统，这严重限制了光谱仪的微小型化和日常生活中的推广应用。

为了克服光栅、棱镜等分光能力的不足，滤光器阵列是上世纪80年代开发的一种微型空间滤光器，通过与探测系统结合可以构成光谱可识别的探测器，大大简化了光谱仪的分光系统，有利于微型光谱仪的发展。例如，基于Fabry-Perot(FP)滤波器制成集成滤光器件，通过改变腔层的厚度就可以改变滤光器的带通峰位，从而实现不同通道的光谱选择。但是基于FP腔的分光原理只能对某一个波段有截止的效果，在其他波段会产生严重的带外干涉杂峰干扰，影响光谱测量的准确性。为了抑制这些旁通带，通常需要在带外额外添加带通滤波器，短波旁通带添加长波通吸收滤光器即可，但是很不容易得到短波通吸收滤光器。而且制作这些长(短)波通吸收滤光器,需要几十甚至上百层的膜层才能完成，制作复杂且很难彻底消除干涉杂峰的影响。此外，这种滤光片的透过率也很低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种具有超宽带外截止的集成窄带分光器件，基于Tamm态诱导透射原理，通过刻蚀或者镀膜工艺调整负介电常数材料层两侧介质层的厚度，控制分光器件的带通峰位，从而实现不同透射波长的分光器件在同一块衬底上集成。

本发明专利所公开的超宽带外截止的集成窄带分光器件的结构自下而上依次为衬底1，底层一维光子晶体2，第一阶梯状介质层3，负介电常数材料层4，第二阶梯状介质层5，顶层一维光子晶体6。