一种可见光片上光谱仪及其制备方法

本发明涉及光检测和传感，特别是涉及一种可见光片上光谱仪及其制备方法。

背景技术：

1、光谱仪是材料科学、化学传感、天文探测和医疗应用等领域不可或缺的器件。可见光光谱仪作为可将光波段光谱的测量设备，可以应用于生物传感、海洋探测、地质检测等领域。目前，高性能的片上光谱仪存在集成度不足、成本高等问题，且波段大多在近红外波段，限制了其在各种系统中的应用。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种可见光片上光谱仪及其制备方法，提高分辨率和集成度，且降低成本。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种可见光片上光谱仪，包括：

3、输入耦合器，用于导入可见光；

4、分光器组，输入端与所述输入耦合器的输出端耦合，共有2n个输出端，用于将所述可见光分为2n束；

5、随机波导阵列，由2n个随机波导构成，2n个随机波导的输入端分别与所述分光器的2n个输出端耦合，2n个随机波导的输出端均集成有一个光电探测器；

6、控制器，用于控制所述随机波导的通断形成不同的随机波导采样矩阵，并通过算法重构所述可见光的光谱。

7、所述输入耦合器为端面耦合器。

8、所述分光器组包括n级分光器子组，其中，第i级分光器子组由2i-1个单输入双输出的三叉戟分光器构成，i＝1,2,……n。

9、所述输入耦合器、分光器组和随机波导阵列均为基于氮化硅波导的器件。

10、所述通过算法重构所述可见光的光谱是指，构建k＝||d-sp||2，通过拟合方式重构可见光的光谱，当k值最小时，d为拟合得到的最终光谱，其中，s为随机波导采样矩阵，p为光电探测器的探测结果矩阵。

11、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种上述可见光片上光谱仪的制备方法，包括以下步骤：

12、s1、先对硅衬底进行部分刻蚀，然后在未刻蚀区域分别进行p、n离子的重掺杂和轻掺杂；

13、s2、随后在硅衬底上通过化学气相沉积生长二氧化硅，之后用cmp工艺抛光二氧化硅，

14、再在二氧化硅上通过化学气相沉积氮化硅，并刻蚀氮化硅形成波导；

15、s3、干法刻蚀二氧化硅形成接触层；

16、s4、最后通过离子溅射生长金属层，并刻蚀金属层形成金属布线。

17、所述s2中的氮化硅波导的厚度为150nm。

18、有益效果

19、由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过分光器和随机波导阵列结合，将输入可见光分为2n束进行探测采样，这种单独采样的结果具有低互相关性和骤降的自相关性，提高了分辨率。本发明整个器件可在片上集成，提高了器件的集成度，同时降低了成本。

技术特征：

1.一种可见光片上光谱仪，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的可见光片上光谱仪，其特征在于，所述输入耦合器为端面耦合器。

3.根据权利要求1所述的可见光片上光谱仪，其特征在于，所述分光器组包括n级分光器子组，其中，第i级分光器子组由2i-1个单输入双输出的三叉戟分光器构成，i＝1,2,……n。

4.根据权利要求1所述的可见光片上光谱仪，其特征在于，所述输入耦合器、分光器组和随机波导阵列均为基于氮化硅波导的器件。

5.根据权利要求1所述的可见光片上光谱仪，其特征在于，所述通过算法重构所述可见光的光谱是指，构建k＝||d-sp||2，通过拟合方式重构可见光的光谱，当k值最小时，d为拟合得到的最终光谱，其中，s为随机波导采样矩阵，p为光电探测器的探测结果矩阵。

6.一种如权利要求1-5中任一所述的可见光片上光谱仪的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述s2中的氮化硅波导的厚度为150nm。

技术总结
本发明涉及一种可见光片上光谱仪及其制备方法，其中，片上光谱仪包括：输入耦合器，用于导入可见光；分光器组，输入端与所述输入耦合器的输出端耦合，共有2<supgt;n</supgt;个输出端，用于将所述可见光分为2<supgt;n</supgt;束；随机波导阵列，由2<supgt;n</supgt;个随机波导构成，2<supgt;n</supgt;个随机波导的输入端分别与所述分光器的2<supgt;n</supgt;个输出端耦合，2<supgt;n</supgt;个随机波导的输出端均集成有一个光电探测器；控制器，用于控制所述随机波导的通断形成不同的随机波导采样矩阵，并通过算法重构所述可见光的光谱。

技术研发人员：武爱民,李昂,王茹雪,刘向华
受保护的技术使用者：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25