弱光光谱检测芯片制造技术

本实用新型专利技术涉及光谱设备技术领域，尤其涉及一种弱光光谱检测芯片。该弱光光谱检测芯片包括光调制层和光电探测层，光调制层包括底板和至少一个调制单元，底板平置并连接于光电探测层上，每个调制单元内分别设有若干个穿于底板内的调制孔；光电探测层包括若干组探测单元，探测单元设置于调制单元的下方，每个探测单元内分别设有至少一个光电探测器，光电探测器用于在入射光射入调制单元形成调制光以后，对调制光进行弱光检测，通过对响应信号算法重构得到光谱。本实用新型专利技术的芯片将光谱仪缩小至芯片级别，并且不必依赖精密光学仪器，具有性能稳定、成本降低、便于操作和携带、以及可灵活移动的优点，还可以实现对弱光的光谱检测。

【技术实现步骤摘要】
弱光光谱检测芯片
本技术涉及光谱设备
，尤其涉及一种弱光光谱检测芯片。
技术介绍
光的强弱由单位面积内光子的数量决定，光子越多光越强，光子越少光越弱。目前，光谱仪是获得光谱信息的仪器。光谱携带的信息量丰富，是光的客观与定量特征，同时对物质发射、吸收、散射光谱等的测量可以从分子甚至原子层面揭示物质构成，用于物质识别、检测和定量分析中。在一些特殊应用领域出于对被测物品保护、大气透过率低、光波传输距离遥远等原因，常常需要对弱光进行检测。目前，弱光光谱检测技术已在天文、遥感、生物、医疗以及半导体工业等领域获得广泛应用。现有的弱光光谱检测设备需要依赖精密光学仪器，例如需要配设光栅、棱镜、反射镜或其他类似空间分光元件。而此类精密光学仪器占空间较大并且成本较高。可见，现有的弱光光谱检测设备由于过于依赖精密光学仪器，而导致设备体积过大过重且成本很高，并且不易操作和灵活移动。
技术实现思路
本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种弱光光谱检测芯片，以解决现有的弱光光谱检测设备由于过于依赖精密光学仪器，而导致设备体积过大过重且成本很高，并且不易操作和灵活移动的问题。本技术提出的一种弱光光谱检测芯片，包括光调制层和光电探测层，所述光调制层包括底板和至少一个调制单元，所述底板平置并连接于所述光电探测层上，每个所述调制单元内分别设有若干个穿于所述底板内的调制孔；所述光电探测层包括若干组探测单元，所述探测单元设置于所述调制单元的下方，每个所述探测单元内分别设有至少一个光电探测器，所述光电探测器用于在入射光射入所述调制单元形成调制光以后，对所述调制光进行弱光检测，通过对响应信号算法以得到重构光谱。进一步的，所述入射光功率小于1纳瓦。进一步的，所述光电探测器包括雪崩二极管阵列单元、电子倍增CCD以及超导纳米线单光子探测器中的任一种。进一步的，同一所述调制单元内的各个所述调制孔排布成具有排布规律的二维图形结构和/或同一所述调制单元内的各个调制孔排布成随机无序状态。进一步的，所述二维图形结构的排布规律包括：同一所述二维图形结构内的所有所述调制孔同时具有相同的截面形状，各个所述调制孔按照结构参数大小渐变顺序成阵列排布；和/或同一所述二维图形结构内的各个所述调制孔分别具有各自的截面形状，各个所述调制孔按照截面形状进行组合排列。进一步的，所述调制孔的结构参数包括内径、长轴长度、短轴长度、旋转角度、边长和角数中的至少一种。进一步的，所述调制孔的截面形状包括圆形、椭圆形、十字形、正多边形、星形、矩形和随机不规则图形中的至少一种。进一步的，还包括信号处理电路层，所述信号处理电路层平置并连接于所述光电探测层的下面，并将各个所述探测单元之间电连接。进一步的，还包括透光介质层，所述透光介质层位于所述光调制层与所述光电探测层之间。进一步的，所述光调制层悬空于所述光电探测层上方，以在所述光调制层与所述光电探测层之间形成所述透光介质层。本技术实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本技术的弱光光谱检测芯片包括光电探测层以及平置连接于光电探测层上的光调制层，光调制层能够对入射光进行调制以形成调制光，调制光在光电探测层上进行弱光检测，通过对响应信号算法得到原光谱。可见该弱光光谱检测芯片能够不再依赖现有光谱仪中所使用的各类精密光学部件，即可实现对弱光光谱的重构，从而实现在微纳结构领域以及弱光检测领域内的光谱检测的应用。即，该弱光光谱检测芯片能在不需要光栅、棱镜、反射镜或其他类似空间分光元件的情况下进行光谱检测工作，解决了现有的光谱仪过于依赖精密光学部件而使得光谱仪体积庞大、很重且昂贵的缺陷。本技术的弱光光谱检测芯片中，光电探测层包括若干组探测单元，探测单元设置于调制单元的下方，每个探测单元内分别设有至少一个光电探测器，光电探测器用于在入射光射入调制单元形成调制光以后，对调制光进行重构和差分响应以得到光谱。该芯片利用光调制层与光电探测器组合，以在入射光射入调制单元形成调制光以后，利用光电探测器弱光检测，通过对响应信号算法重构光谱，从而实现弱光光谱检测。本技术的弱光光谱检测芯片中，光调制层内的各个调制单元以及光电探测层内的各个探测单元之间无需考虑精密对齐等问题，以使该芯片在进行光谱检测的过程中既能保证高精度，又无需增加光程，则芯片的结构无需构造过大，则该芯片的使用更加方便，并且完全不会对芯片测算精密性造成不利影响，还可以将芯片的尺寸缩小至微纳结构级别，并且性能稳定，成本降低。本技术的弱光光谱检测芯片可集成到移动设备、小卫星、生物医学检测仪器上，广泛应用于天文探测如引力波探测和分析、文物检测、海洋和卫星遥感、无人机光谱检测、荧光光谱探测、生物医学检测、石油勘探等诸领域，其在体积、功耗、成本等方面均具有独特优势。本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例一的弱光光谱检测芯片的结构示意图；图2为本技术实施例一的弱光光谱检测芯片的剖视图；图3为本技术实施例一的光调制层的结构示意图；图4为本技术实施例一的光电探测层的结构示意图；图5为本技术实施例一的光谱探测效果图；图6为本技术实施例二的光调制层的结构示意图；图7为本技术实施例三的弱光光谱检测芯片的结构示意图；图8为本技术实施例三的弱光光谱检测芯片的剖视图；图9为本技术实施例三的光调制层的结构示意图；图10为本技术实施例三的光谱探测波长强度关系示意图；图11为本技术实施例三的光谱探测效果图；图12为本技术实施例四的弱光光谱检测芯片的剖视图；图13为本技术实施例五的弱光光谱检测芯片的剖视图；图14为本技术实施例六的弱光光谱检测芯片的剖视图；图15为本技术实施例六的光调制层的结构示意图；图16为本技术实施例九的光调制层的结构示意图；图17和图18分别为本技术各实施例的光调制层在光电探测层上制备的制备过程示意图。附图标记：1’、衬底；1、光调制层；2、光电探测层；3、信号处理电路层；4、透光介质层；5、调制单元；6、调制孔；7、探测单元；8、间隙；11、第一调制单元；12、第二调制单元；13、第三调制单元；14、第四调制单元；15、第五调制单元。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术的实施方式作进一步详细描述。以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弱光光谱检测芯片，其特征在于，包括光调制层和光电探测层，所述光调制层包括底板和至少一个调制单元，所述底板平置并连接于所述光电探测层上，每个所述调制单元内分别设有若干个穿于所述底板内的调制孔；所述光电探测层包括若干组探测单元，所述探测单元设置于所述调制单元的下方，每个所述探测单元内分别设有至少一个光电探测器，所述光电探测器用于在入射光射入所述调制单元形成调制光以后，对所述调制光进行弱光检测，通过对响应信号算法重构以得到重构光谱。/n

【技术特征摘要】
1.一种弱光光谱检测芯片，其特征在于，包括光调制层和光电探测层，所述光调制层包括底板和至少一个调制单元，所述底板平置并连接于所述光电探测层上，每个所述调制单元内分别设有若干个穿于所述底板内的调制孔；所述光电探测层包括若干组探测单元，所述探测单元设置于所述调制单元的下方，每个所述探测单元内分别设有至少一个光电探测器，所述光电探测器用于在入射光射入所述调制单元形成调制光以后，对所述调制光进行弱光检测，通过对响应信号算法重构以得到重构光谱。


2.根据权利要求1所述的弱光光谱检测芯片，其特征在于，所述入射光功率小于1纳瓦。


3.根据权利要求1所述的弱光光谱检测芯片，其特征在于，所述光电探测器包括雪崩二极管阵列单元、电子倍增CCD以及超导纳米线单光子探测器中的任一种。


4.根据权利要求1所述的弱光光谱检测芯片，其特征在于，同一所述调制单元内的各个所述调制孔排布成具有排布规律的二维图形结构和/或同一所述调制单元内的各个调制孔排布成随机无序状态。


5.根据权利要求4所述的弱光光谱检测芯片，其特征在于，所述二维图形结构的排布规律包括：
同一所述二维图形结构内的所有所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄翊东，崔开宇，刘仿，冯雪，张巍，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京;11