一种超光谱探测微系统技术方案

一种超光谱探测微系统，包括：光收集耦合模块，波导分光芯片和光谱数据处理模块，其中波导分光芯片包括级联MZI波导滤波器、波导光开关阵列、热光调相MZI阵列和片上集成线阵探测器。本发明专利技术集成了集成硅基级联MZI阵列波导技术，热光调相技术、硅基光谱分光技术、片上探测器集成技术、信号处理及光谱复原算法以及Si‑CMOS工艺和微系统高密度集成制造工艺，实现具有宽光谱探测范围、高光谱探测精度、超小体积重量功耗、超低成本、快速机动等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种超光谱探测微系统
本专利技术涉及微型光谱分析仪器领域，具体而言，涉及一种基于硅基级联MZI阵列波导技术的芯片级超光谱探测微系统。
技术介绍
超分辨率光谱分析技术作为一种重要的光探测感知手段，可广泛应用于食品安全检测、气体监测、商标防伪等领域。食品卫生相关实验室中常需要对食品进行添加剂检测、腐败程度检测、农药残留检测、化学品残留检测等工作，传统方法需要提取样品组织与特定种类的试剂进行化学反应检测，其检测时间慢，工序复杂、且消耗性检测试剂成本费用较高。而利用光谱分析技术的检测方式操作简单、检测时间快速、无需消耗性检测试剂，且具有非接触、无破坏的优点。同时，通过提高光谱分辨率和针对性地拓展光谱范围能够有效提高目标检测准确度。另外，在气体监测领域，利用光谱分析技术的检测手段可以避免检测试剂的更换，提高产品寿命。目前技术成熟的微型光谱仪依据其分光原理主要可分为色散型和干涉型两种。色散型的微型光谱仪一般是基于光栅色散的分光原理，结合经典的光学结构诸如Ebert-Fastie结构、Czerny-Turner结构、Littrow结构等实现光谱的精细测量。光栅结构可采用平面光栅和凹面光栅两种结构，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超光谱探测微系统，包括：光收集耦合模块，用于收集目标的辐射光信息，并耦合至波导分光芯片；波导分光芯片，用于将收集到的辐射光滤波后，利用MZI阵列进行光谱分光并经光电转换后输出电信号；光谱数据处理模块，用于将输出电信号复原为目标的光谱信息。

【技术特征摘要】
1.一种超光谱探测微系统，包括：光收集耦合模块，用于收集目标的辐射光信息，并耦合至波导分光芯片；波导分光芯片，用于将收集到的辐射光滤波后，利用MZI阵列进行光谱分光并经光电转换后输出电信号；光谱数据处理模块，用于将输出电信号复原为目标的光谱信息。2.根据权利要求1所述的超光谱探测微系统，其特征在于：所述光收集耦合模块具体包括：光学透镜组，镀有增透抗反和滤波膜层，用于接收目标谱段的辐射光，并得到具有输入光谱带宽的辐射光；传输光纤，用于作为中间级提高辐射光进入光波导的光耦合效率；侧向锥型模式匹配器，用于将辐射光从所述传输光纤耦合进入所述波导分光芯片。3.根据权利要求2所述的超光谱探测微系统，其特征在于：在所述光收集耦合模块中，空间中辐射光与传输光纤的耦合效率表示为：其中a为光学透镜组的直径与光纤模场反向传播到光学透镜前的场的直径之比；AR、AC分别为光学透镜组的耦合镜面积与散斑面积；x1、x2为光场入射到光学透镜上的光斑尺寸，分别为主轴及其垂直方向的光斑大小。4.根据权利要求1所述的超光谱探测微系统，其特征在于：所述波导分光芯片具体包括：级联MZI波导滤波器、波导光开关阵列、热光调相MZI阵列、片上集成线阵探测器。其中，级联MZI波导滤波，用于将所述输入光谱带宽分为n个光通道，每个光通道具有一定的光通道带宽；波导光开关阵列，用于将n个光通道进行n×1选通；热光调相MZI阵列，用于将所选通的光通道进行空间傅里叶分光，并通过热光调相实现光谱微调；片上集成线阵探测器，用于将所述热光调相MZI阵列波导输出的光信号进行光电转换输出电信号。5.根据权利要求4所述的超光谱探测微系统，其特征在于：所述级联MZI波导滤波器将500nm的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟平，丁子瑜，金里，胡小燕，张东亮，林霄，刘大川，汪志强，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司信息科学研究院，中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11