光谱仪、超表面分光器件.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113899451A(43)申请公布日2022.01.07(21)申请号202111163636.4(22)申请日2021.09.30(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代理人陈彦如(51)Int.Cl.G01J3/02(2006.01)G01J3/28(2006.01)G02B5/00(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图5页(54)发明名称光谱仪、超表面分光器件(57)摘要本公开提供一种光谱仪和一种超表面分光器件。其中，光谱仪包括：至少一个反射型曲面超表面器件，用于实现不同波长光的分光，具有曲面基底和纳米结构层；探测器，用于接收由所述反射型曲面超表面器件分光后形成的聚焦光。根据本公开技术方案，采用反射型曲面超表面器件来实现分光，能够将实现光聚焦的光焦度一部分转移给曲面基底，从而极大地降低了纳米结构设计和加工的难度，更加容易实现紧凑型光谱仪。CN113899451ACN113899451A权利要求书1/1页1.一种光谱仪，其特征在于，包括：至少一个反射型曲面超表面器件，用于实现不同波长光的分光，具有曲面基底和纳米结构层；探测器，用于接收由所述反射型曲面超表面器件分光后形成的聚焦光。2.根据权利要求1所述的光谱仪，其中，入射光入射到所述反射型曲面超表面器件后，通过以下公式得到反射光的反射角，从而可以确定不同波长光在探测器上的焦点位置：其中，θr是入射光的反射角，θi是入射光的入射角，k是波数，k等于2π/λ，λ是入射光的波长，是反射型曲面超表面器件给予入射光施加的相位，s是入射光的入射点的切线方向。3.根据权利要求1所述的光谱仪，还包括：反射型平面超表面器件，其中，待测光先通过反射型平面超表面器件，经反射后到达反射型曲面超表面器件，再由探测器接收。4.根据权利要求1所述的光谱仪，其中所述至少一个反射型曲面超表面器件包括第一反射型曲面超表面器件和第二反射型曲面超表面器件，其中待测光先通过第一反射型曲面超表面器件，经反射后到达第二反射型曲面超表面器件，再由探测器接收。5.根据权利要求2所述的光谱仪，其中所述纳米结构层上以阵列形式设置有多个纳米结构单元，在所述纳米结构单元的中心、或者中心和顶点位置、或者顶点位置，布置有纳米结构。6.根据权利要求5所述的光谱仪，其中所述纳米结构之间填充有空气或其他工作波段透明或半透明的材料。7.根据权利要求6所述的光谱仪，其中所述材料的折射率与纳米结构的折射率差值的绝对值大于或等于0.5。8.根据权利要求1所述的光谱仪，还包括起偏器和1/4波片，其所设位置使得光先经过起偏器，再经过1/4波片，然后入射到所述反射型曲面超表面器件。9.一种用在光谱仪中的超表面分光器件，其特征在于，包括：至少一个反射型平面超表面器件；至少一个反射型曲面超表面器件，具有曲面基底和纳米结构层，用于实现不同波长光的分光，所述超表面分光器件或者包括：至少一个反射型曲面超表面器件，具有曲面基底和纳米结构层，用于实现不同波长光的分光。2CN113899451A说明书1/6页光谱仪、超表面分光器件技术领域[0001]本发明涉及分光技术，具体而言，涉及一种光谱仪和超表面分光器件。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。[0003]现有的光谱仪包括：基于光栅的光谱仪、基于窄带滤光片阵列的光谱仪、基于离轴超表面的光谱仪等。基于光栅和离轴超表面的光谱仪通过不同波长的衍射角度不同来分光；窄带滤光片阵列光谱仪通过直接抽样提取特征光谱来实现分光测量。光谱编码是一种新型的光谱测量方法，其通过对入射光的光谱编码后进行重建得到入射光的光谱信息，编码器件可为Fabry‑Perot腔(F‑P腔/标准具)。图1给出了三种不同形式的光谱仪工作原理。[0004]哈佛大学利用透射式超表面将不同波长的聚焦到像面不同的高度(轴外聚焦式)实现分光，如图2(A)所示；加州理工大学利用平面超表面多次反射的腔体方式实现了超表面折叠式分光的小型光谱仪，如图2(B)所示。[0005]虽然利用超表面的分光的光谱仪已经被展示，但轴外聚焦式超表面相位变化大，对超表面的设计和加工都提出很大挑战；另一方面，多次反射腔式超表面需在一个平面腔内多次反射分光，设计、加工、装调难度均较大。发明内容[0006]鉴于以上问题，做出本发明。曲面超表面作为一种新型超表面在系统小型化、色差校正方面有着诸多用途，本发明使用曲