[发明专利]基于超构表面的集成光谱仪

权利要求书

1.一种基于超构表面的集成光谱仪，其特征在于：包括相对设置且用于反射光线的第一光线反射模块(1)和第二光线反射模块(2)，所述第一光线反射模块(1)上设置有准直反射镜(3)、聚焦光栅(4)和线阵CCD(5)，所述第二光线反射模块(2)上设置有用于入射光通过的光阑(6)，所述准直反射镜(3)与光阑(6)相对设置且位于入射光的出射光路上，所述聚焦光栅(4)和线阵CCD(5)均位于第二光线反射模块(2)的出射光路上；

在使用时，入射光通过光阑(6)照射至准直反射镜(3)，由所述准直反射镜(3)将入射光进行相位调制并反射至第二光线反射模块(2)，再通过第二光线反射模块(2)反射至聚焦光栅(4)上，再由所述聚焦光栅(4)将光线调制成不同波长的光并以不同的衍射角反射至第二光线反射模块(2)，然后光线在第一光线反射模块(1)和第二光线反射模块(2)之间反射，最后将不同波长的光线聚焦在线阵CCD(5)的不同位置。

2.根据权利要求1所述的基于超构表面的集成光谱仪，其特征在于：所述第一光线反射模块(1)为第一光学芯片，所述准直反射镜(3)为通过在第一光学芯片上刻蚀的第一微结构阵列。

3.根据权利要求2所述的基于超构表面的集成光谱仪，其特征在于：所述聚焦光栅(4)为通过在第一光学芯片上刻蚀的第二微结构阵列。

4.根据权利要求3述的基于超构表面的集成光谱仪，其特征在于：第二光线反射模块(2)为第二光学芯片，所述光阑(6)为第二光学芯片上刻蚀的通孔。

5.根据权利要求1所述的基于超构表面的集成光谱仪，其特征在于：所述准直反射镜(3)与光阑(6)在x-y平面上且两者的中心相互对齐，所述第一光线反射模块(1)和第二光线反射模块(2)之间的间距为g，所述光阑(6)的直径为d，所述入射光通过光阑(6)后的发散角为θ，所述准直反射镜(3)的直径为D＝d+2gtanθ。

6.根据权利要求5所述的基于超构表面的集成光谱仪，其特征在于：所述准直反射镜(3)对应的相位空间分布为：

其中λ₀为光谱仪工作的中心波长，α为准直反射镜(3)调制后光线的反射角。

7.根据权利要求6所述的基于超构表面的集成光谱仪，其特征在于：所述聚焦光栅(4)对应的相位空间分布为：

其中λ₀为光谱仪工作的中心波长，f＝2n·g为聚焦光栅(4)的焦距(n＝1，2，3...)，β为中心波长经过聚焦光栅(4)调制后的反射角。

8.根据权利要求7所述的基于超构表面的集成光谱仪，其特征在于：所述准直反射镜(3)和聚焦光栅(4)的中心距离为L₁＝2g tanα，所述聚焦光栅(4)与线阵CCD(5)之间的中心距离为L₂＝2ng tanβ。

9.根据权利要求3所述的基于超构表面的集成光谱仪，其特征在于：所述第一微结构阵列和第二微结构阵列均由依次堆叠的透明衬底(7)、金属镀膜(8)、透明介电质薄膜(9)和刻蚀的若干介电质纳米圆柱(10)构成。

10.根据权利要求9所述的基于超构表面的集成光谱仪，其特征在于：若干所述介电质纳米圆柱(10)呈六边形网格排列，若干所述介电质纳米圆柱(10)的高度相同且小于半中心波长，若干所述介电质纳米圆柱(10)的直径有差异。