光谱仪芯片制备方法、光谱仪及光谱测试方法技术

本说明书实施方式提供一种光谱仪芯片制备方法、光谱测试方法及光谱仪。所述光谱仪芯片制备方法包括在探测器阵列衬底背面蒸镀由周期性交替的至少两种不同折射率介质层构成的第一光子晶体层；在第一光子晶体层表面蒸镀初始缺陷层；在初始缺陷层表面旋涂光刻胶；灰度曝光工艺曝光并显影光刻胶；至少部分探测器像元对应的光刻胶采用互不相同的曝光强度；均匀刻蚀光刻胶层及初始缺陷层，初始缺陷层形成缺陷层阵列；至少部分探测器像元对应的缺陷层阵列中各单元的厚度互不相同；蒸镀由周期性交替生长的介质层构成的第二光子晶体层。将探测器阵列与缺陷光子晶体阵列耦合有利于降低光谱仪芯片尺寸。谱仪芯片尺寸。谱仪芯片尺寸。

【技术实现步骤摘要】
光谱仪芯片制备方法、光谱仪及光谱测试方法


[0001]本说明书涉及光谱
，具体涉及一种光谱仪芯片制备方法、光谱仪及光谱测试方法。

技术介绍

[0002]光谱技术在民用、军事等诸多领域有着重要的应用价值，光谱仪作为获取光谱信息的重要仪器，影响光谱技术应用和发展。
[0003]光谱仪包括分光元件，分光元件决定了光谱仪的光谱分辨率和仪器体积。常用的色散型分光元件，例如，光栅、棱镜；或者干涉型分光器件，例如，迈克尔逊干涉仪等，虽然光谱分辨率高，但仪器体积庞大，不适用于便携应用，应用场景受到限制。
[0004]目前市场已上市的便携式光谱仪所采用的分光元件多为拼接式滤光片阵列、数字式可调分光器、拼接光栅、MEMS迈克尔逊干涉仪等。包括上述光学元件的光谱仪虽然体积有所下降，但是无法达到厘米级或厘米级以下。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本说明书多个实施方式致力于提供光谱仪芯片制备方法、光谱仪及光谱测试方法，有利于降低光谱仪尺寸。
[0006]本说明书一个实施方式提供一种光谱仪芯片制备方法，包括：在衬底背对探测器阵列的表面蒸镀第一光子晶体层；其中，所述第一光子晶体层由沿着背离所述表面方向周期性交替生长的至少两层折射率不同的介质层构成；所述探测器阵列包括多个阵列排布的探测器像元；在所述第一光子晶体层表面蒸镀初始缺陷层；所述初始缺陷层折射率不等于所述初始缺陷层所接触的介质层的折射率；在所述初始缺陷层表面旋涂光刻胶；采用灰度曝光工艺曝光所述光刻胶；其中，至少部分所述探测器像元对应的光刻胶采用互不相同的曝光强度；对曝光后的光刻胶进行显影形成光刻胶层；其中，至少部分所述探测器像元对应的所述光刻胶层厚度互不相同；均匀刻蚀所述光刻胶层及所述初始缺陷层；其中，刻蚀后的初始缺陷层形成缺陷层阵列，缺陷层阵列由具有不同厚度的缺陷层单元组成；在所述缺陷层阵列上蒸镀第二光子晶体层；其中，所述第二光子晶体层由周期性交替生长的所述介质层构成。
[0007]本说明书一个实施方式提供一种光谱仪芯片制备方法，包括：在衬底背对探测器阵列的表面蒸镀第一光子晶体层；其中，所述第一光子晶体层包括沿着背离所述表面方向周期性交替生长的至少两种折射率不同的介质层；所述探测器阵列包括多个阵列排布的探测器像元；在所述第一光子晶体层表面旋涂电子束光刻胶；采用电子束灰度曝光工艺曝光所述光刻胶；其中，至少部分所述探测器像元对应的电子束光刻胶采用互不相同的曝光强度；对曝光后的电子束光刻胶进行显影形成光刻胶层；其中，所述光刻胶层的折射率不等于所述光刻胶层所接触的介质层的折射率，至少部分所述探测器像元对应的光刻胶层厚度互不相同，光刻胶层由多个不同厚度的光刻胶层单元组成，光刻胶层作为缺陷层阵列使用；在
所述光刻胶层上蒸镀第二光子晶体层；其中，所述第二光子晶体层由周期性交替生长的所述介质层构成。
[0008]本说明书一个实施方式提供一种光谱仪，包括：光谱仪芯片和与所述光谱仪芯片电连接的光谱重构模块；所述光谱仪芯片包括层叠设置的缺陷光子晶体阵列、衬底、探测器阵列和探测器读出电路，所述探测器阵列位于所述缺陷光子晶体阵列和所述探测器读出电路之间，所述探测器阵列和所述缺陷光子晶体阵列制备于所述衬底相对的表面上；所述缺陷光子晶体阵列包括依次层叠的第一光子晶体层、缺陷层阵列和第二光子晶体层，所述缺陷光子晶体阵列划分为多个缺陷光子晶体单元，相邻所述缺陷光子晶体单元的缺陷层厚度不同；所述探测器阵列包括多个探测器像元，所述探测器像元用于将入射光信号转换为电信号；各所述缺陷光子晶体单元与至少一个所述探测器像元相对应；所述探测器读出电路用于接收所述电信号，并将所述电信号传输至所述光谱重构模块；所述光谱重构模块用于根据标准响应光谱和所述电信号，基于预设算法重构所述入射光信号对应的目标光谱。
[0009]本说明书一个实施方式提供一种光谱测试方法，采用包括光谱仪芯片和与所述光谱仪芯片电连接的光谱重构模块的光谱仪；所述光谱仪芯片包括用于过滤入射光信号的缺陷光子晶体阵列、衬底和用于将经过对应的缺陷光子晶体阵列的光信号转化为电信号的探测器阵列，所述探测器读出电路与所述探测器阵列电连接；所述缺陷光子晶体阵列和所述探测器阵列制备在衬底相对的表面；所述方法包括：所述探测器阵列将入射光信号转换为电信号；所述探测器读出电路接收所述电信号并传输至所述光谱重构模块；所述光谱重构模块接收所述电信号，并根据标准响应光谱和所述电信号采用预设算法重构所述入射光信号对应的目标光谱。
[0010]本说明书多个实施方式提供的光谱仪芯片制备方法，通过直接在衬底背对探测器阵列的表面形成缺陷光子晶体阵列，缺陷光子晶体阵列包括多个缺陷层厚度不同的缺陷光子晶体单元，从而可以将光谱仪的分光功能元件体积缩小到芯片级，有利于降低光谱仪体积；此外，由于直接制备在衬底表面，改变了传统组装结构，有利于降低串扰和提高稳定性；由于采用了灰度曝光工艺，可以一次性形成具有不同厚度的缺陷层单元阵列，有利于降低工艺难度和提高良率。
附图说明
[0011]图1a
‑
1e所示为一实施方式提供的光谱仪芯片制备过程中处于不同阶段的结构示意图。
[0012]图2所示为一实施方式提供的光谱仪芯片结构示意图。
[0013]图3所示为实施方式1的50通道标准响应光谱。
[0014]图4所示为光谱测试过程及结果示意图。
[0015]图5所示实施方式1对带通滤光片样品在900
‑
1700nm的宽波段透射光谱进行光谱重构测试结果。
[0016]图6所示为实施方式1对1000nm、1100nm、1200nm、1300nm、1400nm、1500nm、1600nm波长窄带入射光的重构光谱结果。
[0017]图7所示为实施方式1对1500nm波长窄带入射光的重构光谱细节。
[0018]图8所示为实施方式1在1050nm波长处的双峰窄带入射光重构光谱结构。
[0019]图9所示为实施方式1在1550nm波长处的双峰窄带入射光重构光谱结构。
[0020]图10所示为实施方式2的20通道标准响应光谱。
[0021]图11所示为实施方式2对带通滤光片的900
‑
1700nm宽光谱测试结果。
[0022]附图标记说明：探测器读出电路100；探测器阵列200；衬底300；缺陷光子晶体阵列400；缺陷光子晶体单元410；第一光子晶体层411；第二光子晶体层412；缺陷层阵列413；初始缺陷层413a；光刻胶层500。
具体实施方式
[0023]下面将结合说明书部分实施方式中的附图，对本说明书部分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是本说明书一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本说明书中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本说明书的范围。
[0024]正如
技术介绍
提到的，可以通过分光元件的尺寸变小，而缩小整体尺寸。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光谱仪芯片制备方法，其特征在于，包括：在衬底背对探测器阵列的表面蒸镀第一光子晶体层；其中，所述第一光子晶体层包括沿着背离所述表面方向周期性交替生长的至少两种不同折射率的介质层；所述探测器阵列包括多个阵列排布的探测器像元；在所述第一光子晶体层表面蒸镀初始缺陷层；所述初始缺陷层的折射率不等于所述初始缺陷层所接触的介质层的折射率；在所述初始缺陷层表面旋涂光刻胶；采用灰度曝光工艺曝光所述光刻胶；其中，至少部分所述探测器像元对应的光刻胶采用互不相同的曝光强度；对曝光后的光刻胶进行显影形成光刻胶层；其中，至少部分所述探测器像元对应的所述光刻胶层厚度互不相同；均匀刻蚀所述光刻胶层及所述初始缺陷层；其中，刻蚀后的初始缺陷层形成缺陷层阵列，所述缺陷层阵列由多个不同厚度的缺陷层单元组成；在所述缺陷层上蒸镀第二光子晶体层；其中，所述第二光子晶体层由周期性交替生长的所述介质层构成。2.根据权利要求1所述的光谱仪芯片制备方法，其特征在于，在衬底背对探测器阵列的表面蒸镀第一光子晶体层的步骤中，包括：在衬底背对探测器阵列的表面蒸镀第一光子晶体层；其中，所述第一光子晶体层包括沿着背离所述表面方向周期性交替生长的第一介质层和第二介质层，所述第一介质层的折射率不等于所述第二介质层的折射率；所述探测器阵列包括多个阵列排布的探测器像元；相应的，在所述第一光子晶体层表面蒸镀初始缺陷层的步骤中，包括：在所述第一光子晶体层表面蒸镀初始缺陷层；其中，所述初始缺陷层阵列的材料与所述第一介质层的材料相同；相应的，在所述缺陷层阵列上蒸镀第二光子晶体层的步骤中，包括：在所述缺陷层阵列上蒸镀第二光子晶体层；其中，所述第二光子晶体层包括沿着背离所述表面方向周期性交替生长的所述第二介质层和所述第一介质层。3.根据权利要求1所述的光谱仪芯片制备方法，其特征在于，所述探测器阵列划分为多个探测器单元，所述探测器单元包括至少一个探测器像元；在采用灰度曝光工艺曝光所述光刻胶的步骤中，包括：采用灰度曝光工艺曝光所述光刻胶；其中，相邻所述探测器单元对应的光刻胶采用的曝光强度不同；相应的，在对曝光后的光刻胶进行显影形成光刻胶层的步骤中，包括：对曝光后的光刻胶进行显影形成光刻胶层；其中，显影后，相邻所述探测器单元对应的所述光刻胶层厚度不同；相应的，在均匀刻蚀所述光刻胶层及所述初始缺陷层的步骤中，包括：均匀刻蚀所述光刻胶层及所述初始缺陷层；其中，刻蚀后的初始缺陷层形成缺陷层阵列，所述缺陷层阵列由多个具有不同厚度的缺陷层单元组成；所述探测器单元对应的所述缺陷层单元的厚度由相应光刻胶层厚度控制。4.根据权利要求1所述的光谱仪芯片制备方法，其特征在于，在均匀刻蚀所述光刻胶层
及所述初始缺陷层步骤中，包括：采用干法刻蚀工艺均匀刻蚀所述光刻胶层及所述初始缺陷层。5.根据权利要求1所述的光谱仪芯片制备方法，其特征在于，在所述缺陷层上蒸镀第二光子晶体层步骤之前...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少伟，玄志一，刘清权，尹知沁，陆卫，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：