[发明专利]一种基于金属微腔阵列的微型光谱仪模组的实现方法

说明书

本发明提供一种基于金属微腔阵列的微型光谱仪模组的实现方法，以提高其光谱分辨率、降低微腔阵列中腔内介质层的制备方法的工艺复杂性；所述的微型光谱仪模组中包括具有以金属薄膜为反射层的Fabry‑Perot结构的微腔阵列和探测器阵列；所述的提高光谱分辨率的方法包括通过基于准单色光的预置校准信息和光谱重构来获取光谱的方法、和增加微腔阵列中的微腔单元数目；所述的微腔阵列中腔内介质层的制备方法是通过较少次数的工艺步骤来获得具有较大数目的不同厚度的腔内介质层，以此实现具有较大数目微腔单元的微腔阵列。

技术领域

本发明涉及微型光谱仪模组，尤其是涉及一种基于金属微腔阵列的微型光谱仪模组的实现方法。

背景技术

光谱仪是一种非常重要的光学仪器。光谱仪工作原理的核心在于其分光技术。现行常见的光谱仪概括来说有两类：一类是以光栅光谱仪为代表的色散分光型；另一类是以基于干涉仪的傅里叶变换光谱仪为代表的调制型。实验室级别的专业型光谱仪一般都体积较大、价格昂贵，其整体性能往往伴随着仪器尺寸的缩小而减弱。

近年来，随着信息技术的发展、生产生活智能化、和人们对食品安全、环境污染、医疗健康等需求的增长，微型光谱仪模组受到关注。其应用目标向作为智能化设备和消费类电子产品(如智能手机和可穿戴设备等)的传感组件的运用来发展。

其中，基于滤光器阵列结构来实现微型光谱仪模组是一个重要途径。这种微型光谱仪模组是将通过滤光器阵列中各个滤光器单元的透射光照射在探测器阵列中相应的探测器单元上进行光电转换，然后再通过后端数据处理来获取光谱。根据其滤光器阵列结构的不同，举例如下：

如滤光器阵列是基于具有不同腔长的垂直型Fabry-Perot谐振腔(后面简称F-P腔)阵列结构。因其背景技术与本发明有可比性，稍后具体说明。

如滤光器阵列是基于介质材料的光子晶体结构【如以下文献所涉及：1.N.K.Pervez,W.Cheng,et al.,Opt.Express,18(8),8277(2010)；2.X.Gan,et al.,Appl.Phys.Lett.,100,231104(2012)；等】；

还有，如滤光器阵列结构是基于金属微纳结构【如以下公开发明专利所涉及：中国发明专利CN 105092035B、CN 109642822A、CN 110873911 A、CN 110243471 A、CN109564323A、等；美国发明专利US 8542359 B2、US 7426040 B2、等】。

上面所述的Fabry-Perot谐振腔结构是一种常见而且非常重要的可以实现滤光功能的谐振腔结构。对基于Fabry-Perot谐振腔结构的滤光器阵列在微型光谱仪模组中的应用，如想获得较宽的工作波段范围和较高的光谱分辨率，根据其基本理论，需要该谐振结构具有非常高的精细度(Finesse)，如使谐振腔的腔体长度较小、且两端反射镜的具有很高的反射率，这在一般情况下都难以实现。下面就与此有关的若干文献报道和公开的专利中的情况为例进行简要介绍：

如在文献【温志渝，陈刚，王建国，光谱学与光谱分析，26(10),1955(2006)】中通过模拟计算报道的F-P腔滤光器阵列中，每个单元中F-P腔的上下反射镜都为金属，为获得窄带，就需通过增加腔长利用其高阶谐振模式，但这样就减小了滤光器阵列的工作波段范围。同时具有不同腔长的F-P腔阵列比较难以基于量产化的平面工艺制备，如通过N次重复性的工艺流程来制备N个阵列单元；但N为几百时，只是腔体介质制备工艺就得至少上千道工艺。