本发明专利技术公开了一种基于欧拉微环谐振腔的片上高分辨率光谱仪。包含三个输入/输出端口、欧拉环超精密滤波器、级联环粗滤波器、多段连接波导以及探测器阵列。滤波过程主要分为超精密滤波和粗滤波，对于超精密滤波，基于多模硅光宽波导，我们设计了具有超高品质因子的欧拉微环谐振腔，包括两段宽波导和基于修正欧拉曲线的弯曲宽波导，并且欧拉环超精密滤波器的输入/输出耦合区以及输出/输入耦合区能有效抑制高阶模的激发。对于粗滤波，采用了跑道型的级联微环结构，构造出更高的平顶滤波器。本发明专利技术采用超精密滤波结合和粗滤波的方式，只需一次扫描即可得到完整数据，简化的同时却提高了可靠性，可即插即用，具有尺寸小、结构紧凑、分辨率高等优点。辨率高等优点。辨率高等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于欧拉微环谐振腔的高分辨率光谱仪
[0001]本专利技术涉及一种基于欧拉微环谐振腔的高分辨率光谱仪，更具体的涉及一种包含两段宽波导和根据修正欧拉曲线设计的弯曲宽波导的欧拉微环和多通道跑道型级联环结合的片上光谱仪。
技术介绍
[0002]光谱分析是测量紫外、可见、近红外以及红外波段光强度的一种技术。光谱测量分析应用领域广泛，如实验室化学分析、临床医学检验、工业监测、航空航天遥感等，具有巨大的市场应用价值。相比较传统光谱仪而言，微型光谱仪具有体积小、重量轻、探测速度快、易于集成、使用方便等优点，已成为新的研究趋势。当光谱仪集成到手机时，消费者可以随时识别食物里的热量、脂肪、含糖量，也可以识别药品成分，或者跟踪自己的体脂信息，在生活健康方面具有广阔的应有前景。
[0003]现有的片上光谱仪主要分为两大类，一类是色散型片上光谱仪，另一类是基于傅里叶变换的片上光谱仪。对于色散型片上光谱仪，主要包括刻蚀衍射光栅型硅基片上光谱仪、阵列波导光栅型硅基片上光谱仪和硅基多模波导片上光谱仪。对于刻蚀衍射光栅型硅基片上光谱仪，虽然具有光谱仪尺寸小、齿面间距小且数量多、单边输入输出等优点，但易激发高阶模且通道间串扰大。对于阵列波导光栅型硅基片上光谱仪，虽然重复性好、集成度和稳定度高，但必须需要考虑损耗和通道间串扰。而对于硅基多模波导片上光谱仪，目前还处于研究阶段。
技术实现思路
[0004]针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于欧拉微环谐振腔的高分辨率光谱仪，从而将宽波导引进至欧拉微环谐振腔，极大的降低了波导传输损耗，增加欧拉微环谐振腔的品质因子，提高了光谱仪的分辨率。具有重要的应用价值。
[0005]本专利技术的欧拉微环谐振腔与跑道型的级联微环结合可满足光谱分析对高分辨、大带宽等需求。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]本专利技术包含下载端测试端口、第一连接波导、欧拉环超精密滤波器、第二连接波导、传输端测试端口、标定端口、第三连接波导、单模总线波导、第四连接波导、级联环粗滤波器、第五连接波导和探测器阵列，其中，第一连接波导包括第一单模波导和第一锥形波导，第二连接波导包括第二单模波导和第二锥形波导，第三连接波导包括第三锥形波导和180
°
弯曲波导，第四连接波导包括第四单模波导、第二90
°
弯曲波导、第五单模波导、第三90
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弯曲波导、第六单模波导、第四锥形波导；下载端测试端口、传输端测试端口和标定端口构成三个输入/输出端口。
[0008]所述的欧拉环超精密滤波器包括第一S型弯曲宽波导、第一宽波导、第二S型弯曲宽波导、第一宽波导、第一欧拉弯曲宽波导第二欧拉弯曲宽波导、第三宽波导、第四宽波导、
第三S型弯曲宽波导和第三S型弯曲宽波导；下载端测试端口依次经第一单模波导、第一锥形波导、第一S型弯曲宽波导和第一多模宽波导的一端连接，传输端测试端口依次经第二单模波导、第二锥形波导、第二S型弯曲宽波导和第一多模宽波导的另一端连接；第一S型弯曲宽波导的波导尺寸大于第一单模波导的波导尺寸，第二S型弯曲宽波导的波导尺寸大于第二单模波导的波导尺寸。第二多模宽波导和第一多模宽波导耦合连接，第二多模宽波导的两端分别经第一欧拉弯曲宽波导和第二欧拉弯曲宽波导后和第三多模宽波导的两端连接，第一欧拉弯曲宽波导和第二欧拉弯曲宽波导均为弯曲波导，第二多模宽波导和第三多模宽波导均为直波导，从而形成跑道环形；第四多模宽波导和第三多模宽波导耦合连接，第四多模宽波导的一端依次经第三S型弯曲宽波导、第三锥形波导、180
°
弯曲波导后和单模总线波导的一端连接，单模总线波导的另一端依次经第一90
°
弯曲波导、第三单模波导后和第一探测器连接，第四多模宽波导的另一端依次经第三S型弯曲宽波导、第四锥形波导、第三直波导、第三90
°
弯曲波导、第二直波导、第二90
°
弯曲波导、第一直波导、后和标定端口连接；第三S型弯曲宽波导的波导尺寸大于180
°
弯曲波导的波导尺寸，第三S型弯曲宽波导的波导尺寸大于第三直波导的波导尺寸。
[0009]第一S型弯曲宽波导、第一宽波导、第二S型弯曲宽波导、第一宽波导、第一欧拉弯曲宽波导第二欧拉弯曲宽波导形成欧拉环超精密滤波器的输入/输出定向耦合区。第一欧拉弯曲宽波导第二欧拉弯曲宽波导、第三宽波导、第四宽波导、第三S型弯曲宽波导和第三S型弯曲宽波导形成欧拉环超精密滤波器的输出/输入定向耦合区。
[0010]本专利技术加入宽波导可以提高光谱仪的分辨率，但同时也易于激发高阶模。而欧拉环超精密滤波器的输入/输出定向耦合区以及输出/输入定向耦合区经过特意设计，可以有效抑制高阶模，保证光的低阶模式传输。
[0011]所述的级联环粗滤波器包括至少两个连续的跑道型的级联微环和一段粗滤波输出波导，粗滤波输出波导包含了第七单模波导、90
°
弯曲波导、第八单模波导、90
°
弯曲波导、第九单模波导、辐射螺旋线；至少两个跑道型的级联微环和粗滤波输出波导沿级联环粗滤波器和单模总线波导之间的耦合方向依次级联布置，每个跑道型微环均由两段单模波导以及分别位于两段单模波导两端之间的两段的180
°
弯曲波导连接构成，每相邻两个跑道型微环之间耦合连接，至少两个连续的跑道形微环级联布置后的位于边缘一侧的跑道型微环和单模总线波导耦合连接，至少两个连续的跑道形微环级联布置后的位于边缘一侧的跑道型微环和第七单模波导、90
°
弯曲波导、90
°
弯曲波导耦合连接，第七单模波导的一端经90
°
弯曲波导和第四单模波导的一端连接，第七单模波导的另一端依次经90
°
弯曲波导、第九单模波导后和辐射螺旋线连接；
[0012]如图所示，包含设置了两个跑道型微环，一个跑道型微环由级联双环的跑道直波导、180
°
弯曲波导、级联双环的跑道直波导、180
°
弯曲波导依次环形连接构成，另一个跑道型微环由级联双环的跑道直波导、级联双环的跑道180
°
弯曲波导、级联双环的跑道直波导、级联双环的跑道180
°
弯曲波导依次环形连接构成。
[0013]所述的欧拉环超精密滤波器中，第一宽波导、第一欧拉弯曲宽波导第二欧拉弯曲宽波导、第三宽波导构成了欧拉微环谐振腔结构；第二多模宽波导的两端分别经第一欧拉弯曲宽波导和第二欧拉弯曲宽波导后和第三多模宽波导的两端连接，第一欧拉弯曲宽波导和第二欧拉弯曲宽波导均为基于修正欧拉曲线的弯曲宽波导，第二多模宽波导和第三多模
宽波导均为直波导。这样欧拉微环谐振腔由两段宽波导和两段基于修正欧拉曲线设计的弯曲宽波导交替连接构成。
[0014]所述的第一欧拉弯曲宽波导和第二欧拉弯曲宽波导的波导曲线采用修正欧拉曲线，具体公式为：
[0015][0016]其中，L为曲线弧长；θ为弧心角；欧本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于欧拉微环谐振腔的高分辨率光谱仪，其特征在于：包含下载端测试端口(1)、第一连接波导、欧拉环超精密滤波器、第二连接波导、传输端测试端口(18)、标定端口(22)、第三连接波导、单模总线波导(14)、第四连接波导、级联环粗滤波器(a1)、(a2)
…
(a10)、第五连接波导和探测器阵列，其中，第一连接波导包括第一单模波导(2)和第一锥形波导(3)，第二连接波导包括第二单模波导(19)和第二锥形波导(20)，第三连接波导包括第三锥形波导(12)和180
°
弯曲波导(13)，第四连接波导包括第四单模波导(23)、第二90
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弯曲波导(24)、第五单模波导(25)、第三90
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弯曲波导(26)、第六单模波导(27)、第四锥形波导(28)；下载端测试端口(1)、传输端测试端口(18)和标定端口(22)构成三个输入/输出端口；所述的欧拉环超精密滤波器包括第一S型弯曲宽波导(4)、第一宽波导(5)、第二S型弯曲宽波导(21)、第一宽波导(6)、第一欧拉弯曲宽波导(7)第二欧拉弯曲宽波导(8)、第三宽波导(9)、第四宽波导(10)、第三S型弯曲宽波导(11)和第三S型弯曲宽波导(29)；下载端测试端口(1)依次经第一单模波导(2)、第一锥形波导(3)、第一S型弯曲宽波导(4)和第一多模宽波导(5)的一端连接，传输端测试端口(18)依次经第二单模波导(19)、第二锥形波导(20)、第二S型弯曲宽波导(21)和第一多模宽波导(5)的另一端连接；第二多模宽波导(6)和第一多模宽波导(5)耦合连接，第一欧拉弯曲宽波导(7)和第二欧拉弯曲宽波导(8)均为弯曲波导，第二多模宽波导(6)和第三多模宽波导(9)均为直波导，从而形成跑道环形；第四多模宽波导(10)和第三多模宽波导(9)耦合连接，第四多模宽波导(10)的一端依次经第三S型弯曲宽波导(11)、第三锥形波导(12)、180
°
弯曲波导(13)后和单模总线波导(14)的一端连接，单模总线波导(14)的另一端依次经第一90
°
弯曲波导(15)、第三单模波导(16)后和第一探测器(17)连接，第四多模宽波导(10)的另一端依次经第三S型弯曲宽波导(29)、第四锥形波导(28)、第三直波导(27)、第三90
°
弯曲波导(26)、第二直波导(25)、第二90
°
弯曲波导(24)、第一直波导(23)、后和标定端口(22)连接；所述的级联环粗滤波器包括至少两个连续的跑道型的级联微环和一段粗滤波输出波导，粗滤波输出波导包含了第七单模波导(38)、90
°
弯曲波导(39)、第八单模...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴道锌，陈汤楠，张龙，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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