一种基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪制造技术

本发明专利技术公开了一种基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪，包括平板波导芯片、光源、动镜、定镜和光电探测器；平板波导芯片至少包括两层芯层和包层，且其中一层芯层至少具有两种不同的厚度，且其中一种厚度与其余芯层的厚度一致；在具有不同厚度的芯层的两端分别设置有第一反射体和第二反射体；光源射出的光束会聚到其中一层芯层中，动镜用于将从该芯层中射出的光束原路反射回来；定镜设置于第一反射体的上方，并接收从第一反射体反射的光束；光电探测器设置于第二反射体的上方，并接收从第二反射体反射的光束形成电流信号。本发明专利技术解决了现有单模波导光谱仪无法使用钨灯等热辐射光源的核心问题，为片上光谱仪不具备工程可行性扫清了障碍。扫清了障碍。扫清了障碍。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪


[0001]本专利技术涉及光传感
，具体涉及一种基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪。

技术介绍

[0002]傅里叶变换光谱仪是非常重要的一类光谱仪，其核心结构为迈克尔逊干涉仪，入射光被分为两路，一路经过可移动的镜片(动镜)，另一路经过一个固定位置的镜片(定镜)。动镜随时间运动，引起入射光的调制。经过调制的光入射到被测物体，然后再被接收之后，即可利用动镜位置和接收光强做傅里叶变换，即可得到被测物体的光谱信息。传统的傅里叶光谱仪通常使用的钨灯、汞灯等一类热辐射光源，这类光源光谱范围广，可以进行大范围的光谱测量。随着光波导技术的成熟，基于光波导的片上光谱仪也获得了极大的关注。片上光谱仪具有集成度高、体积小成本低等优势。
[0003]然而，现有的片上傅里叶变换光谱仪均以单模波导为基础，光源发出的光需要先通过合适的光束变换结构耦合到单模波到里。对于钨灯、汞灯等一类热辐射光源，其空间相干性较差，根据普朗克黑体辐射理论，热辐射光源耦合到单模波导的功率的极限仅仅和光源的色温有关，而和光源的尺寸、功率、以及耦合结构等无关。例如对于近红外波段的钨灯光源，耦合到单模波导的极限功率约为2微瓦左右，这样的功率远远无法满足光谱仪探测的需求。因此，到目前为止，以单模波导为基础的片上傅里叶光谱仪实际上并不具备工程的可行性。

技术实现思路

[0004]针对现有的单模波导傅里叶变换光谱仪存在的问题，本专利技术提供了一种基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪，解决了上述问题。<br/>[0005]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0006]一种基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪，其特征在于，包括平板波导芯片、光源、动镜、定镜和光电探测器；所述的平板波导芯片至少包括两层芯层和设置于所述芯层之间的包层，且其中一层所述的芯层至少具有两种不同的厚度，且其中一种厚度与其余所述芯层的厚度一致；在具有不同厚度的芯层的两端分别设置有第一反射体和第二反射体；所述光源射出的光束会聚到其中一层所述的芯层中，且所述的动镜用于将从该芯层中射出的光束原路反射回来；所述的定镜设置于所述第一反射体的上方，并接收从所述第一反射体反射的光束；所述的光电探测器设置于所述第二反射体的上方，并接收从所述第二反射体反射的光束形成电流信号。
[0007]具体的，本专利技术所述的基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪与现有的单模波导傅里叶变换光谱仪相比，其不同之处在于：(1)在现有的单模波导傅里叶变换光谱仪中，材料在上、下和左、右四个方向均对光进行限制，从而实现单模波导，而本专利技术的平板波导只在上下两个方向对光进行限制，而在另外一个维度是开放的，在这种情况下，波导内的
模式数量不再等于1，因此可以容纳更多的光功率；(2)本专利技术采用了多层的平板波导结构，层与层之间通过低折射率差材料分隔，并在特定的位置引入折射率扰动的结构，实现上、下层波导间的能量交换。
[0008]进一步的，所述基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪：所述的平板波导芯片包括第一芯层、第二芯层以及设置于所述第一芯层和所述第二芯层之间的包层；所述的第二芯层设置于所述第一芯层的上方；所述的第二芯层具有两种不同的厚度，分别为第一厚度L1和第二厚度L2，且第一厚度L1和第二厚度L2呈相间设置(即交替出现第一厚度L1和第二厚度L2)；所述第二芯层中的第一厚度L1与所述第一芯层的厚度L保持一致。
[0009]具体的，所述的第二芯层包含两种厚度，一种与第一芯层厚度相同，称为第一厚度L1，另外一种与之不同，称为第二厚度L2。当第一芯层中的光束行进到具有第一厚度L1的第二芯层下方时，由于第一厚度L1与第一芯层的厚度L相同(L1＝L)，光束会发生耦合，逐渐过渡到第二芯层；而当第一芯层中的光束行进到具有第二厚度L2的第二芯层下方，由于两者厚度不同折射率不匹配(L2≠L)，光束不会发生耦合，仍保持在第一芯层中传播。
[0010]本专利技术利用多层平板波导结构，而非单模波导实现傅里叶变换光谱仪中的分光和耦合；多层平板波导、利用交替出现的第一厚度和第二厚度，实现将任意比例从第一芯层耦合到第二芯层，并且保持耦合比例与偏振、波长等无关；从而实现傅里叶变换光谱仪中分光的目的。
[0011]进一步的，所述基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪：还包括光源透镜组；所述光源射出的光束经所述光源透镜组会聚到所述第一芯层中。所述的光源透镜组可以选用透镜、柱透镜或其组合。
[0012]进一步的，所述基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪：还包括动镜透镜组；所述的动镜透镜组沿光束的传播方向设置于所述动镜和所述第一芯层之间。具体的，所述的动镜透镜组可以选用透镜、柱透镜或其组合。
[0013]进一步的，所述基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪：所述的第一反射体和所述第二反射体呈倾斜设置于所述平板波导芯片上，且分别位于所述第二芯层的两端。
[0014]进一步的，所述基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪：所述的第一反射体和所述第二反射体与所述第二芯层之间的夹角α设置为45
°
。此设计使得光线被反射到垂直于芯层的方向。
[0015]进一步的，所述基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪：所述的第一反射体和所述第二反射体通过在所述平板波导芯片的两端镀高反射膜形成。
[0016]进一步的，所述基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪：还包括定镜透镜组；所述的定镜透镜组沿光束的反射方向设置于所述定镜和所述第一反射体之间。
[0017]进一步的，所述基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪：还包括探测器透镜组；所述的探测器透镜组沿光束的反射方向设置于所述光电探测器和所述第二反射体之间。
[0018]进一步的，所述基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪：光源透镜组、镜透镜组、定镜透镜组可以选用透镜、柱透镜或其组合。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020](1)本专利技术提供的基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪利用多层平板波导
结构，而非单模波导实现傅里叶变换光谱仪中的分光和耦合，多层平板波导、利用交替出现的第一厚度L1和第二厚度L2，实现将任意比例从第一芯层耦合到第二芯层，并且保持耦合比例与偏振、波长等无关。
[0021](2)现有的单模波导傅里叶变换光谱仪材料在上、下和左、右四个方向均对光进行限制，从而实现单模波导；而本专利技术的平板波导只在上下两个方向对光进行限制，而在另外一个维度是开放的，波导内的模式数量不再等于1，可以容纳更多的光功率。
[0022](3)本专利技术提供的基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪解决了现有的单模波导光谱仪无法使用钨灯等热辐射光源的核心问题，为片上光谱仪不具备工程化可行性扫清了障碍。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪，其特征在于，包括平板波导芯片(1)、光源(2)、动镜(3)、定镜(4)和光电探测器(5)；所述的平板波导芯片(1)至少包括两层芯层和设置于所述芯层之间的包层，且其中一层所述的芯层至少具有两种不同的厚度，且其中一种厚度与其余所述芯层的厚度一致；在具有不同厚度的芯层的两端分别设置有第一反射体(6)和第二反射体(7)；所述光源(2)射出的光束会聚到其中一层所述的芯层中，且所述的动镜(3)用于将从该芯层中射出的光束原路反射回来；所述的定镜(4)设置于所述第一反射体(6)的上方，并接收从所述第一反射体(6)反射的光束；所述的光电探测器(5)设置于所述第二反射体(7)的上方，并接收从所述第二反射体(7)反射的光束形成电流信号。2.根据权利要求1所述的一种基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪，其特征在于，所述的平板波导芯片(1)包括第一芯层(1
‑
1)、第二芯层(1
‑
2)以及设置于所述第一芯层(1
‑
1)和所述第二芯层(1
‑
2)之间的包层(1
‑
3)；所述的第二芯层(1
‑
2)设置于所述第一芯层(1
‑
1)的上方；所述的第二芯层(1
‑
2)具有两种不同的厚度，分别为第一厚度L1和第二厚度L2，且第一厚度L1和第二厚度L2呈相间设置；所述第二芯层(1
‑
2)中的第一厚度L1与所述第一芯层(1
‑
1)的厚度一致。3.根据权利要求2所述的一种基于多层平板波导结构的傅里叶变换光谱仪，其特征在于，还包括光源透镜组(2
‑
1)；所述光源(2)射出的光束经所述光源透镜组(2
‑
1)会聚到所述第一芯层(1
‑
1)中。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，
申请(专利权)人：挚感苏州光子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：