光谱仪、超表面分光器件制造技术

本公开提供一种光谱仪和一种超表面分光器件。其中，光谱仪包括：至少一个反射型曲面超表面器件，用于实现不同波长光的分光，具有曲面基底和纳米结构层；探测器，用于接收由所述反射型曲面超表面器件分光后形成的聚焦光。根据本公开技术方案，采用反射型曲面超表面器件来实现分光，能够将实现光聚焦的光焦度一部分转移给曲面基底，从而极大地降低了纳米结构设计和加工的难度，更加容易实现紧凑型光谱仪。更加容易实现紧凑型光谱仪。更加容易实现紧凑型光谱仪。

【技术实现步骤摘要】
光谱仪、超表面分光器件


[0001]本专利技术涉及分光技术，具体而言，涉及一种光谱仪和超表面分光器件。

技术介绍

[0002]光谱仪(Spectroscope)是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用光谱仪可测量物体表面反射的光线。
[0003]现有的光谱仪包括：基于光栅的光谱仪、基于窄带滤光片阵列的光谱仪、基于离轴超表面的光谱仪等。基于光栅和离轴超表面的光谱仪通过不同波长的衍射角度不同来分光；窄带滤光片阵列光谱仪通过直接抽样提取特征光谱来实现分光测量。光谱编码是一种新型的光谱测量方法，其通过对入射光的光谱编码后进行重建得到入射光的光谱信息，编码器件可为Fabry
‑
Perot腔(F
‑
P腔/标准具)。图1给出了三种不同形式的光谱仪工作原理。
[0004]哈佛大学利用透射式超表面将不同波长的聚焦到像面不同的高度(轴外聚焦式)实现分光，如图2(A)所示；加州理工大学利用平面超表面多次反射的腔体方式实现了超表面折叠式分光的小型光谱仪，如图2(B)所示。
[0005]虽然利用超表面的分光的光谱仪已经被展示，但轴外聚焦式超表面相位变化大，对超表面的设计和加工都提出很大挑战；另一方面，多次反射腔式超表面需在一个平面腔内多次反射分光，设计、加工、装调难度均较大。

技术实现思路

[0006]鉴于以上问题，做出本专利技术。曲面超表面作为一种新型超表面在系统小型化、色差校正方面有着诸多用途，本专利技术使用曲面超表面来实现分光测量。<br/>[0007]根据本专利技术一方面，提供一种光谱仪，包括：至少一个反射型曲面超表面器件，用于实现不同波长光的分光，具有曲面基底和纳米结构层；探测器，用于接收由所述反射型曲面超表面器件分光后形成的聚焦光。
[0008]根据本专利技术另一方面，提供一种用在光谱仪中的超表面分光器件，包括：至少一个反射型平面超表面器件；至少一个反射型曲面超表面器件，具有曲面基底和纳米结构层，用于实现不同波长光的分光。
[0009]根据本专利技术又一方面，提供一种用在光谱仪中的超表面分光器件，包括：至少两个反射型曲面超表面器件，具有曲面基底和纳米结构层，用于实现不同波长光的分光。
[0010]根据本专利技术技术方案，采用反射型曲面超表面器件来实现分光，能够将实现光聚焦的光焦度一部分转移给曲面基底，从而极大地降低了纳米结构设计和加工的难度，更加容易实现紧凑型光谱仪。
附图说明
[0011]本专利技术可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的
详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本专利技术的优选实施方式和解释本专利技术的原理和优点。其中：
[0012]图1示出根据现有技术三种不同形式的光谱仪的工作原理。
[0013]图2示出根据现有技术透射式超表面和平面超表面实现分光的工作原理。
[0014]图3示出根据本专利技术实施方式的光谱仪的示意性图示。
[0015]图4示出曲面超表面反射光线的示意图。
[0016]图5示出根据本专利技术实施方式的光谱仪的示意性图示。
[0017]图6示出根据本专利技术又一实施方式的光谱仪的示意性图示。
[0018]图7示出根据本专利技术实施方式反射型曲面超表面器件310的一个具体结构。
[0019]图8示出根据本专利技术实施方式纳米结构层的具体排布方式。
[0020]图9示出根据本专利技术实施方式的纳米结构单元的放大示意图。
[0021]本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本专利技术实施方式的理解。
具体实施方式
[0022]下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
[0023]在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0024]在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为比其它实施方式更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施方式，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。
[0025]光谱仪第一实施方式
[0026]根据本专利技术实施方式，提供一种光谱仪。该光谱仪采用基于曲面基底的反射型曲面超表面器件。图3示出根据本专利技术实施方式的光谱仪的示意性图示。如图3所示，该光谱仪包括：
[0027]至少一个反射型曲面超表面器件310，用于实现不同波长光的分光，其具有曲面基底和纳米结构层。反射型曲面超表面器件310的加工方法比如可以是：直接在曲面基底上加工纳米结构，比如将加工好的纳米结构竖直向下附着在曲面上。
[0028]探测器320，用于接收由反射型曲面超表面器件分光后形成的聚焦光。探测器320可以采用比如CCD和CMOS等。
[0029]如图3所示，待测光入射到反射型曲面超表面器件310上，经反射型曲面超表面器件310分光后，不同波长的光聚焦在探测器320不同的位置上。
[0030]反射型曲面超表面器件310的分光原理
[0031]下面参考图4描述反射型曲面超表面器件310分光的原理。
[0032]如图4所示，待检测光比如宽谱光经平行后入射到反射型曲面超表面上，曲面基底和纳米结构层分别给不同波长的光一个相位φconformal_meta(x,y,λ)，由公式(1)给出：
[0033][0034]式中，x,y为所计算位置的横本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光谱仪，其特征在于，包括：至少一个反射型曲面超表面器件，用于实现不同波长光的分光，具有曲面基底和纳米结构层；探测器，用于接收由所述反射型曲面超表面器件分光后形成的聚焦光。2.根据权利要求1所述的光谱仪，其中，入射光入射到所述反射型曲面超表面器件后，通过以下公式得到反射光的反射角，从而可以确定不同波长光在探测器上的焦点位置：其中，θ
r
是入射光的反射角，θ
i
是入射光的入射角，k是波数，k等于2π/λ，λ是入射光的波长，是反射型曲面超表面器件给予入射光施加的相位，s是入射光的入射点的切线方向。3.根据权利要求1所述的光谱仪，还包括：反射型平面超表面器件，其中，待测光先通过反射型平面超表面器件，经反射后到达反射型曲面超表面器件，再由探测器接收。4.根据权利要求1所述的光谱仪，其中所述至少一个反射型曲面超表面器件包括第一反射型曲面超表面器件和第二反射型曲面超表面器件，其中待测光先通过第一反射型曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝成龙，谭凤泽，朱健，
申请(专利权)人：深圳迈塔兰斯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：