本发明专利技术公开一种光谱分析仪，包括一个二维的G-T谐振腔阵列和与之对应的二维CCD型探测器，该G-T谐振腔阵列前端反射率梯度变化，后端固定高反射率，调整G-T谐振腔阵列和CCD型探测器之间的相对位置，使得二维的G-T谐振腔阵列的第一级衍射图样成像在CCD型探测器中，最后由CCD型探测器读出信号光的波长与强度。这样就可以在两个维度上扫描CCD型探测器，大大拓宽了光谱分析仪的测量范围和分辨率，增加了其扫描速度，并且光谱分析仪制作尺寸可以大大地缩小，有效地减少了其制作成本，有利于批量生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光谱分析 仪领域技术，尤其是指一种超宽带波长范围超高分辨率的光谱分析仪及其G-T谐振腔阵列的制作方法。
技术介绍
不同的扫描光谱范围和分辨本领的光谱分析仪几乎可以应用各个领域。军事系统的导弹巡航，商用的密集波分复用(DWDM)系统中的信号传输误码率与光信号波长的稳定性密切相关。在科学仪器如激光器和那些工作波长敏感的传感器的生产中很多时候需要对其工作波长进行定标。而其中最关键的是有一个小型的、易搬移的、低成本、低功耗、和高分辨率的光谱分析仪。目前市场上最常见的光谱分析仪是基于光栅结构的自由空间频谱仪或法布里-波罗干涉型的光谱分析仪。这两种光谱分析仪的主要特点是，体积大而不易于大批量生产，Agilent Technology和Thorlab等公司的产品说明书都明确说明这点。而且,这些产品中都有一个需要机械移动的光栅和转镜，这样就使得整个光谱分析仪的扫描时间变得冗长，同时需要多次的光学对准和再定标。这些缺点是导致目前市场上常见的光谱分析仪没有方法进一步小型化和降低成本的无法克服的技术瓶颈。近年来，人们利用阵列波导光栅来解决实时采集数据问题。但是其一维结构的性质导致了这样的光谱分析仪只能工作在极短的波长范围以内。而且因为其相邻两个信道的相位色散本领^是与其光学路径成正比的，阵列波导光栅的分辨本领很有限。如果需要大的光谱分辨本领，其光学路径就必须很长，从而不利于整个系统的小型化，文献(IEEEPhoton. Tech. Lett.，17, pp. 432-434，2005)对此有详细的描述。如果能够有一种新型的光学结构可以解决上面所述的所有问题和缺点，将对科学研究，军事和日常工业生产和生活具有深远的影响，其市场前景将是无可限量的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种光谱分析仪，其可以在两个维度上扫描CCD型探测器，大大拓宽了光谱分析仪的测量范围和分辨率，增加了其扫描速度，并且光谱分析仪制作尺寸可以大大地缩小，有效地减少了其制作成本，有利于批量生产。为实现上述目的，本专利技术采用如下之技术方案一种光谱分析仪，包括一个二维的G-T谐振腔阵列和与之对应的二维CXD型探测器，该G-T谐振腔阵列前端反射率梯度变化，后端固定高反射率，调整G-T谐振腔阵列和CCD型探测器之间的相对位置，使得二维的G-T谐振腔阵列的第一级衍射图样成像在CCD型探测器中，最后由CCD型探测器读出信号光的波长与强度。一种二维的G-T谐振腔阵列的制作方法，该方法包括如下的制作步骤(I)选用两面抛光的半导体或者电介质作为集成光子器件衬底；(2)在集成光子器件衬底正面沉积上宽带的抗反射膜；(3)在抗反射膜上面利用灰度掩模曝光，加上干法刻蚀的方法来加工出反射率随着位置变化的抗反射膜；(4)在集成光子器件衬底的背面沉积宽带的高反射膜；(5)将集成光子器件衬底和支撑衬底的键合在一起；(6)在抗反射膜上定义出G-T 二维相调制谐振腔；(7)利用干法刻蚀的方法腐蚀出二维谐振腔阵列。作为一种优选方案，所述步骤(I)中的集成光子器件衬底为没有本征光吸收的硅、砷化镓、磷化铟、石英、氧化锌、氮化镓或碳化硅。 作为一种优选方案，所述步骤(2 )中的抗反射膜是单层介质膜或者是多层介质膜。作为一种优选方案，所述步骤(3)中的灰度掩模曝光制作方法是利用不同位置不同的曝光量对光刻胶掩模进行曝光，经过显影后得到不同的位置有不同的光刻胶坡度，经过干法刻蚀方法将光刻胶的坡度转移给介质膜使得介质膜的厚道随着位置变化。作为一种优选方案，所述干法刻蚀方法为反应离子腐蚀法、电感耦合离子体耦合法或者深反应离子刻蚀法。作为一种优选方案，所述步骤(4)中的高反射膜是多层介质膜或是金属，该高反射膜为一种反射率恒定、波动幅度不大于百分之一的反射膜。作为一种优选方案，所述步骤(5)中的键合是直接键合或者是利用粘合剂辅助的键合。作为一种优选方案，所述步骤(6)中定义出二维谐振腔是利用光刻的方法或是电子束曝光的方法。作为一种优选方案，所述步骤(7)中的干法刻蚀的方法是反应离子腐蚀或是电感耦合等离子体腐蚀。本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，在二维CXD型探测器的相对位置上利用一种前端反射率连续变化的二维G-T谐振腔阵列，从而可以在两个维度上扫描CCD型探测器，大大拓宽了光谱分析仪的测量范围和分辨率，使光谱分析仪的分辨率高，工作波长范围宽，解决传统利用光栅结构的自由空间频谱仪或法布里-波罗干涉型光谱仪扫描速度慢，需要多次的再对准和再定标，不能同时满足大波长范围和高分辨率的要求的问题。并且CCD型探测器及G-T谐振腔阵列的配合结构避免传统光谱分析仪中的运动部分，从而在光谱分析仪工作过程中不必进行多次的光学对准和再定标。一方面增加了其扫描速度，机械稳定性好，另一方面大大地缩小了整个光谱分析仪的尺寸，使光谱分析仪体积小，有效地减少了其制作成本，有利于批量生产。为更清楚地阐述本专利技术的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本专利技术进行详细说明附图说明图I是本专利技术之实施例中MXM像素G-T谐振腔阵列的原理示意2是本专利技术之实施例中衍射光斑在CXD型探测器成像的示意图3是本专利技术之实施例中衍射光斑在CCD型探测器上做二维扫描示意图；图4是本专利技术之实施例中集成光子器件衬底正面淀积一层宽带的抗反射膜(低反射膜)的示意图；图5是本专利技术之实施例中经过加工后的灰度反射率的示意图；图6是本专利技术之实施例中加上背面高反射膜淀积的器件衬底的示意图；图7是本专利技术之实施例中集成光子器件衬底和支撑衬底键合后的示意图；图8是本专利技术之实施例中干法腐蚀过后的谐振腔阵列示意图。附图标识说明 10、G-T谐振腔阵列11、集成光子器件衬底12、抗反射膜13、高反射膜14、支撑衬底20、CCD型探测器具体实施例方式请参照图I至图3所示，其显示出了本专利技术之较佳实施例的具体结构，该超宽带宽、超高分辨率的光谱分析仪包括一个二维的Gires-Tournois相调制谐振腔阵列(以下简称G-T谐振腔阵列10)和与之对应的二维电荷耦合器件型探测器(以下简称CCD型探测器20)。通过调整G-T谐振腔阵列10和CXD型探测器20之间的相对位置，使得二维的G-T谐振腔阵列10的第一级衍射图样成像在CCD型探测器20中，最后由CCD型探测器20读出信号光的波长与强度。所以整个集成光子器件的波长范围和分辨本领由G-T谐振腔阵列10与CCD型探测器20共同决定。 其中，该G-T谐振腔阵列10分为前后两部分，其前端反射率梯度变化，后端为固定的高反射率。通过前端部分反射率线性变化的结构特性，该G-T谐振腔阵列10之微分色散本领可以大大的扩展，如果再加上一个维度，其光谱范围还可以几倍的增加。图I、图2显示了前端部分反射率连续变化的G-T谐振腔阵列10的原理图，假设G-T谐振腔阵列10的腔长为L，折射率是n，其周期为d，横向的谐振器个数(像素)M，纵向谐振器个数(像素)N。在入附近各个谐振器的自由光谱范围(FSR) = λ 2/2nL。对于整个二维G-T谐振腔阵列10来说，相邻的行(或者列)之间的波长差距就是一个自由波长范围。同时，对于每一个列或者行来说，又是一个独立的多缝衍射光栅，第m级衍射光谱的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光谱分析仪，其特征在于：包括一个二维的G？T谐振腔阵列和与之对应的二维CCD型探测器，该G？T谐振腔阵列前端反射率梯度变化，后端固定高反射率，调整G？T谐振腔阵列和CCD型探测器之间的相对位置，使得二维的G？T谐振腔阵列的第一级衍射图样成像在CCD型探测器中，最后由CCD型探测器读出信号光的波长与强度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邱伟彬，王加贤，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：
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