(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210882377.9 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 江苏联格科技有限公司 地址 226000 江苏省南 通市开发区崇州大 道60号南通创新区紫琅科技城8号楼3 层 (72)发明人 郑志明　 (74)专利代理 机构 南京钟山专利代理有限公司 32252 专利代理师 陈亮亮 (51)Int.Cl. G01N 21/25(2006.01) G01N 21/39(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种具有光谱分辨功能的芯片 (57)摘要 本发明公开了一种具有光谱分辨功能的芯 片， 包含微环和至少一组波长选择器， 微环的输 出端通过波导与至少一组波长选择器的输入端 连接， 每组波长选择器对应设置有光发射器、 第 一探测器和第二探测器， 波长选择器的输出端通 过波导连接光发射器， 第一探测器接收光发射器 发出的激光信号， 第二探测器接收光发射器发射 到自由空间反射回来的激光信号。 本发明从光源 强度、 波长选择以及光谱信号探测出发， 在硅基 衬底上集成光频梳、 热光调制器、 光发射器、 锗探 测器和波导， 实现高性能的片上硅基光谱仪芯 片， 与传统的色散结构器件相比， 可以在很小的 尺寸内实现高精度的分光功能， 且能够满足光谱 仪日常使用需求。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 115165762 A 2022.10.11 CN 115165762 A 1.一种具有光谱分辨功能的芯片， 其特征在于： 包含微环和至少一组波长选择器， 微环 产生多波长激光源λm， 微环的输出端通过波导与至少一组波长选择器 的输入端连接， 每组 波长选择器对应设置有光 发射器、 第一探测器和 第二探测器， 按照时间顺序， 波长选择器输 出的激光λm,t通过波导连接光发射器发射到自由空间， 第一探测 器接收光发射器发出的激 光信号， 第二探测器接收光发射器发射到自由空间反射回来的激光信号。 2.根据权利要求1所述的一种具有光谱分辨功能的芯片， 其特征在于： 所述波长选择器 包含至少一个具备热调节功能的微环， 通过给至少一个具备热调节功能的微环加热改变具 备热调节功能的微环材 料的折射率， 实现对波长的选择。 3.根据权利要求2所述的一种具有光谱分辨功能的芯片， 其特征在于： 所述微环输入端 接受芯片 外部单波长激光照射产生不同波长的激光， 加热装置对波长选择器按照时间顺序 施加不同功率， 从而将选择不同波长的激光按时间顺序依 次发射到自由空间中， 进入自由 空间中的激光遇 到待测物体反射， 反射 光被第二探测器接收。 4.根据权利要求3所述的一种具有光谱分辨功能的芯片， 其特征在于： 所述第 一探测器 接收光发射器发出的激光信号作为校准信号， 第二探测器接收光 发射器发射到自由空间反 射的激光信号作为检测信号， 将检测信号与校准信号进行对比， 实现不同波长相对强度的 对比。 5.根据权利要求1所述的一种具有光谱分辨功能的芯片， 其特征在于： 所述第 一探测器 与光发射器同轴设置， 接收光发射器直接发出的激光信号。 6.根据权利要求1所述的一种具有光谱分辨功能的芯片， 其特征在于： 所述第 二探测器 与光发射器通过光反射结构连接， 接收光发射器发射到自由空间反射回来的激光信号。 7.根据权利要求6所述的一种具有光谱分辨功能的芯片， 其特征在于： 所述光反射结构 采用光栅结构或45度镜面结构。 8.根据权利要求1所述的一种具有光谱分辨功能的芯片， 其特征在于： 所述微环采用高 Q值微环,微环的Q 值范围为1 ×105～1×108， 微环产生的激光波长数值范围为20～ 2000。 9.根据权利要求1所述的一种具有光谱分辨功能的芯片， 其特征在于： 所述具有光谱分 辨功能的芯片集成在硅基底上。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115165762 A 2一种具有光谱分辨功能的芯片 技术领域 [0001]本发明涉及一种芯片， 特别是一种具有光谱分辨功能的芯片， 属于芯片技 术领域。 背景技术 [0002]光谱仪是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器， 由色散元件和探测器等元器 件构成。 测量物体表面反射的光线通过光谱仪之后， 通过对光信息的抓取、 以电脑化自动显 示数值和分析， 从而测知物品中成分信息。 这种技术被广泛地应用于空气污染、 水污染、 食 品卫生等的检测中。 随着微型光谱仪应用测量系统的不断拓展， 其快速高效分析及便携式 实时应用的优势逐渐显现出来， 光谱分析技 术正逐步从实验室 分析走向现场实时检测。 [0003]色散元件是光谱仪 的核心芯片， 对待测光谱的分析具有重要的决定作用。 传统的 微型光谱仪采用光栅色散元件， 需要进 行对准和封装， 难以实现芯片集成。 采用硅的CM OS工 艺， S. N. Zheng 等人报道基于热光效应的微环和马赫 ‑曾德尔调制器制备的傅立叶微型 光谱仪， 实现光谱测试的功能。 [ 文献Microring  resonator ‑assisted Fourier transform  spectrometer  with enhanced  resolution  and large bandwidth  in single chip  solution.  Nat. Commun. 10, 2349 (2019).]  但是， 目前基于硅基CMOS工艺平台的硅基 微型光谱仪， 信号光的收集效率比较低。 主要有以下两点： 1、 光源非激光光源， 方向性和准 直性差， 2、 光斑发散角大， 信号光在自由空间传输之后， 需要耦合进光纤、 光栅或波导， 此时 光信号强度已经非常微弱， 难以再进 行后续信号变换处理。 因此， 仅在实验室中用强光源可 以实现光谱测量， 而很难用于实际的光谱探测。 发明内容 [0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种具有光谱分辨功能的芯片， 在很小的尺寸 内实现高精度的分光功能。 [0005]为解决上述 技术问题， 本发明所采用的技 术方案是： 一种具有光谱分辨功能的芯片， 其特征在于： 包含微环和至少一组波长选择器， 微 环产生多波长激光源λm， 微环的输出端通过波导与至少一组波长选择器 的输入端连接， 每 组波长选择器对应设置有光发射器、 第一探测器和 第二探测器， 按照时间顺序， 波长选择器 输出的激光λm,t通过波导连接光发射器发射到自由空间， 第一探测 器接收光发射器发出的 激光信号， 第二探测器接收光发射器发射到自由空间反射回来的激光信号。 [0006]进一步地， 所述波长选择器包含至少一个具备热调节功能的微环， 通过给至少一 个具备热调节功能的微环加热改变具备热调节功能的微环材料的折射率， 实现对波长的选 择。 [0007]进一步地， 所述微环输入端接受芯片外部单波长激光照射产生不 同波长的激光， 加热装置对波长选择器按照时间顺序 施加不同功 率， 从而将选择不同波长的激光按时间顺 序依次发射到自由空间中， 进入自由空间中的激光遇到待测物体反射， 反射光被第二探测 器接收。说　明　书 1/3 页 3 CN 115165762 A 3