超表面器件、光谱测量器件、光谱仪和光谱测量方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114543993A(43)申请公布日2022.05.27(21)申请号202210170143.1(22)申请日2022.02.23(71)申请人深圳迈塔兰斯科技有限公司地址518101广东省深圳市宝安区新安街道上合社区33区大宝路83号美生慧谷科技园秋谷8栋6楼(72)发明人郝成龙谭凤泽朱瑞朱健(74)专利代理机构深圳市深佳知识产权代理事务所(普通合伙)44285专利代理师张金香(51)Int.Cl.G01J3/28(2006.01)G01J3/02(2006.01)G02B1/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图8页(54)发明名称超表面器件、光谱测量器件、光谱仪和光谱测量方法(57)摘要提供一种超表面器件、光谱测量器件、光谱仪和光谱测量方法，其中超表面器件包括：透射型超表面，所述透射型超表面被划分成多个超表面单元；其中所述多个超表面单元中的每个超表面单元对入射光光谱透过率的调制是唯一的，所述多个超表面单元的透射谱两两正交。根据本发明技术方案，超表面对光谱编码精准，且超表面加工方式为半导体兼容工艺，更适宜大批量量产。CN114543993ACN114543993A权利要求书1/2页1.一种用于光谱编码的超表面器件，其特征在于，包括：透射型超表面，所述透射型超表面被划分成多个超表面单元；其中所述多个超表面单元中的每个超表面单元对入射光光谱透过率的调制是唯一的，所述多个超表面单元的透射谱两两正交或适用压缩感知。2.根据权利要求1所述的用于光谱编码的超表面器件，包括至少两个透射型超表面，所述至少两个透射型超表面上下级联。3.根据权利要求1或2所述的用于光谱编码的超表面器件，其中所述超表面单元中设有纳米结构阵列，所述纳米结构是偏振相关结构或偏振无关结构。4.一种光谱测量器件，其特征在于，包括：根据权利要求1‑3中任一项所述的用于光谱编码的超表面器件，以及感光器件，用于接收经过所述超表面器件调制过的入射光。5.根据权利要求4所述的光谱测量器件，其中所述超表面器件和所述感光器件封装在一起。6.一种光谱仪，其特征在于，包括：根据权利要求1或2所述的用于光谱编码的超表面器件；感光器件，用于接收经过所述超表面器件调制过的入射光；专用集成电路，用于采集来自所述感光器件的数据，执行计算或传送给外部计算设备。7.根据权利要求6所述的光谱仪，所述光谱仪还包括：间隔层，设于所述超表面器件和所述感光器件之间，用于支撑所述超表面器件；底座，用于支撑所述超表面器件、所述感光器件、所述间隔层和所述专用集成电路。8.根据权利要求7所述的光谱仪，其中所述用于光谱编码的超表面器件包括至少两个透射型超表面，所述至少两个透射型超表面上下级联，以及，所述间隔层设置在级联的至少两个透射型超表面与所述感光器件之间。9.根据权利要求7或8所述的光谱仪，其中所述超表面器件、感光器件和专用集成电路以晶圆级封装的方式封装在一起。10.一种使用根据权利要求6‑9任一项所述的光谱仪测量光谱的方法，其特征在于，包括：通过所述感光器件接收所述透射型超表面的多个超表面单元调制过的入射光，并得到不同超表面单元调制过的光的强度：基于所述光的强度以及最优化算法重建入射光的光谱强度并得到重建后光谱强度的唯一解。11.根据权利要求10所述的测量光谱的方法，其中，通过以下最优化算法来得到重建后光谱强度的唯一解：其中，为重建后入射光的的光谱强度，Ti(λ)为第i个超表面单元的透射频谱,Ii为透过第i个超表面单元的光的强度，i＝1,2,…N，λmin和λmax分别为所述光谱仪工作波段的2CN114543993A权利要求书2/2页最小波长和最大波长。3CN114543993A说明书1/6页超表面器件、光谱测量器件、光谱仪和光谱测量方法技术领域[0001]本发明涉及光谱编码和测量领域，尤其涉及一种用于光谱编码的超表面器件、光谱测量器件、光谱仪和光谱测量方法。背景技术[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。图1给出了三种不同形式的光谱仪工作原理。[0003]图1左侧所示为基于衍射光学的光谱仪，其中通过不同波长的衍射角度不同来分光，不同的光波汇聚到不同位置，通过探测器接收从而得到光谱。图1中间所示为基于窄带滤光片阵列的光谱仪，其中通过直接抽样提取特征光谱，不过其精度和窄带宽相关，所以很难进行高精度光谱测量。图1右侧所示为基于光谱编码的新型光谱测量方法，其通过对入射光的光谱编码后进行重建，来得到入射光的光谱信息。其中，编码器件可为Fabry‑Perot腔(F‑P腔/标准具)。图2示出使用F‑P腔的光谱仪的原理图。其中，光入射后在内部多