[实用新型]一种基于不锈钢超构材料的片上光谱芯片

说明书

本实用新型公开了一种基于不锈钢超构材料的片上光谱芯片，该光谱芯片由金属不锈钢超材料层构成，不锈钢超材料层的镂空图案为一个对称型的哑铃；光谱芯片厚度为50μm，整个光谱芯片的大小为10.5cm×10.5cm，包含25个像素点，每个像素点的尺寸大小为1.5cm×1.5cm，每个像素点含有100×60个哑铃单元，光谱芯片的25个像素点中的哑铃型中间孔的宽度为以1μm为步长从5μm取到29μm，芯片上每个像素点的上下、左右间距为0.5cm；当像素点中的哑铃形中间孔的宽度由5μm增加到29μm时，产生的透射光谱将沿横轴正方向移动，基于不锈钢超构材料的片上光谱芯片可以在0.4‑1.2THz频段实现6.2‑30.4GHz的光谱分辨率。

技术领域

本实用新型涉及一种基于不锈钢超构材料的片上光谱芯片,属于人工超材料技术领域。

背景技术

超构材料是一种具有亚波长尺寸的人工复合材料，对电磁波具有奇特的调制能力，在微纳光子器件上有很大的应用潜力。基于超构材料的微纳器件可以产生很多奇特的物理现象，如零折射率、电磁诱导透明、完美吸收等，在隐身斗篷，超完美透镜，光束控制等上有很大的应用价值。基于超构材料的超表面可以实现片上光谱芯片，用于分子指纹识别、表面结合物的化学鉴定、高光谱成像。

光谱仪作为光谱分析不可或缺的工具，在生物传感、食药检测、医疗、环境监测等领域有着广泛的用途。传统的光谱仪体积大、功耗高、价格昂贵和难以二次开发，应用范围受到了极大地限制，随着微型加工工艺的发展，微型化的光谱仪逐渐出现。相较于传统的大型光谱仪，微型光谱仪不仅成本低、体积小、功耗低，而且便于二次开发，扩展了光谱仪的应用范围。但是，微型光谱仅通常是基于分立的光学器件，通过将光学器件的小型化而实现的，集成度和灵活性不高，随着对便携性的要求越来越高，光谱仪的进一步小型化和集成化已成趋势，出现了基于超构材料的芯片级的光谱仪，芯片级光谱仪具有明显的尺寸、重量和功耗的优势，将对光谱仪在无人设备、智能平台等新兴领域中的应用产生重要影响，在芯片级光暗仪的实现过程中，硅基光子甚术因其成熟的加工工艺和良好的集成性能，为光谱芯片化提供了一种集成化、低成本的解决方案，因内外研究人员针对芯片级硅基光谱仪展开了大量的研究，取得了丰富的成果，通过创造性地将基于马然曾德尔干涉仪的空间外差傅里叶变换型光语仪结构和波导阵列光错的色散型光语仪结构相结合，可网时实现较大的光请范围和较高的光谱分屏率，为硅基片上光谱仪的应用打下了较好的基础。

目前光谱仪发展面临的难题之一就是高分辨率。最常见的近红外光栅光谱仪的分辨率为10nm，太赫兹时域光谱仪分辨率为50GHz，这些都是大型化光谱仪器，体积大、功耗高的缺点限制了其应用范围。因此设计一种高分辨率的微型的的片上光谱芯片具有很大的意义。

发明内容

本实用新型提出的一种基于不锈钢超构材料的片上光谱芯片，其特征在于：提出创新的全金属超构表面结构，通过改变结构尺寸进行谐振波长调节，运用二维排布构建片上光谱芯片，无需大型商业化光谱仪，实现分子量级的太赫兹物质指纹检测。

本实用新型提出的一种基于不锈钢超构材料的片上光谱芯片，其特征在于：超构材料采用不锈钢，工作频率为太赫兹波段，结构尺寸为微米量级，电导率为1.4×10⁶S/m；采用中间挖空的形式来实现透射光谱。

本实用新型提出的一种基于不锈钢超构材料的片上光谱芯片，其特征在于：中间的孔为哑铃型，哑铃单元周期为150μm×250μm，厚度为50μm，哑铃型中间孔的长度为150μm，半径为31.25μm，25个像素点的中间孔的宽度为以1μm为步长从5μm取至29μm。

本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型所提出的一种基于不锈钢超构材料的片上光谱芯片，采用全金属，并且在全金属超材料层表面加工镂空的哑铃图案，能够同时产生磁环偶极子与电偶极子，两者相干涉产生透射峰。通过改变哑铃型中间孔的宽度，设计25个像素点，可以产生25个谐振峰。

本实用新型提出的一种基于不锈钢超构材料的片上光谱芯片，具有以下优点：