CN114675360B - 一种导模共振窄带滤波单元结构及多光谱芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导模共振窄带滤波单元结构及多光谱芯片。所述导模共振窄带滤波单元结构由上而下包括依次堆叠的金属光栅层、缓冲层、波导层和基底，所述金属光栅层为一维金属光栅层或二维金属光栅层，其特征在于，所述金属光栅层上的沟槽向下延伸将所述基底以上各层予以分割，对于一维金属光栅层所述基底以上各层则被分割成若干互相平行的条带，对于二维金属光栅层所述基底层以上各层则被分割成若干柱体。所述多光谱芯片应用了所述导模共振窄带滤波单元结构。本发明采用了基于导模共振技术的滤波单元，可同时达到高透过率、窄带宽、次级峰抑制强、宽光谱范围、易于批量化制备的效果，使基于导模共振技术的多光谱芯片应用于智能手机等移动设备成为现实。
Description
技术领域
本发明涉及滤光片及芯片领域，尤其涉及一种导模共振窄带滤波单元结构及多光谱芯片。
背景技术
传统的手机图像传感器主要用于灰度几何图像的获取，而无法进行多光谱信息的获取，故不能实现通过多光谱属性进行真彩色恢复或者物质识别等功能。传统的多光谱成像仪依赖棱镜色散、声光可调谐、干涉等分光技术，多光谱成像系统体积庞大笨重，制造成本高，光路复杂。相比之下，采用微纳米结构作为滤波元件的片上多光谱成像技术，具有体积小、重量轻、高集成度、低成本等独特优势，正好能够满足多光谱成像仪小型化、轻量化、便携化的民用发展趋势需求。
近十多年来，随着微纳加工技术的不断成熟，片上多光谱芯片方面的研究多有报道。2003年，英国W.L.Barnes等人采用亚波长银纳米孔阵列的表面等离激元共振(SPR)实现了透射滤波功能[Nature,2003,424(6950):824-830]，采用SPR滤波技术的透射谱线带宽不低于50nm，多光谱分辨能力有限，难以满足实际应用需求。
2012年，欧洲微电子研究中心(IMEC)研究人员采用介质法布里-珀罗(F-P)谐振腔实现了窄带滤波[Proc.of SPIE,2012,8266:16]，可将透射带宽降低到10nm左右。但F-P腔滤波技术受反射镜材料限制，多光谱覆盖范围窄；并且多光谱通道呈立体台阶分布，制备工艺复杂、加工难度很大。
2011年，密歇根大学A.F.Kaplan等发现铝光栅导模共振结构能够作为滤波元件[Appl.Phys.Lett.,2011,99(14):143111]，透过率高，透射带宽可降低到几纳米，通过改变光栅周期调节透射波长。
2013年，长春光机所吴一辉等也提出将导模共振光栅滤波技术应用于微流控芯片多通道检测[专利号：CN 103245996 B]。
基于导模共振的滤波技术透射带宽窄、可设计的波段范围宽，且可由一步法掩膜刻蚀即可完成，易于批量化制备，在微型多光谱成像系统集成方面应用价值巨大。然而，目前基于导模共振滤波技术的滤波片，透射多光谱存在较强的次级峰干扰，后续多光谱复原困难，制约其实际应用。另外，缺乏将导模共振滤波片直接制作于图像传感器表面的途径，这是多光谱芯片应用必然要突破的关键技术。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种透过率高，窄带宽、次级峰抑制效果好的导模共振滤波器。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：
一是现有导模共振滤波技术存在强次级峰干扰、后续光谱复原的困难；
二是现有滤波片制备工艺复杂且成本较高；
三现有技术没有给出将导模共振滤波技术应用到光谱芯片上的技术启示及方法，且基于现有技术的光谱芯片制备工艺复杂且成本较高。
为实现上述目的，本发明提供了一种导模共振窄带滤波单元结构，由上而下包括依次堆叠的金属光栅层、缓冲层、波导层和基底，所述金属光栅层为一维金属光栅层或二维金属光栅层，其特征在于，所述金属光栅层上的沟槽向下延伸将所述基底以上各层予以分割，对于一维金属光栅层所述基底以上各层则被分割成若干互相平行的条带，对于二维金属光栅层所述基底层以上各层则被分割成若干柱体。
进一步的，所述金属光栅层的材料可以包括Au、Ag、Al、Pt、Cu、Cr、Sn中的一种或多种。
进一步的，所述缓冲层材料可以包括SiO2、MgF2、Al2O3中的一种或多种。
进一步的，所述波导层材料包括Si3N4、TiO2、ZnS、ZnSe、Nb2O5、Ta2O5、ZnO、WO3、V2O5、MoO3、GaN中的一种或多种。
进一步的，所述基底材料可以包括SiO2、MgF2中的一种或多种。
进一步的，所述金属光栅层上还有一层保护层，用于避免所述金属光栅层被氧化。
进一步的，所述保护层材料可以包括SiO2、MgF2、Al2O3中的一种或多种。
进一步的，所述保护层的材料可为波长选择性吸光材料，用于消除反射光可能带来的眩光效应，即所述保护层作为减反射层使用。
进一步的，所述柱体为圆柱体或正四棱柱体。
在本发明的较佳实施方式中，本发明提供了一种导模共振窄带滤波阵列，包括上述任一所述导模共振窄带滤波单元结构，其特征在于，所述导模共振窄带滤波阵列中平铺着所述导模共振窄带滤波单元结构。
进一步的，所述导模共振窄带滤波阵列中还包括一维导模共振窄带滤波单元结构和或二维导模共振窄带滤波单元结构。
在本发明的另一较佳实施方式中，一种多光谱芯片，包括上述任一所述的导模共振窄带滤波阵列，所述多光谱芯片由上而下依次至少设置所述导模共振窄带滤波阵列、微透镜层、图像传感器。
在本发明的另一较佳实施方式中，本发明提供了一种制备上述多光谱芯片的方法，包括以下步骤：在图像传感器上表面沉积一层较高折射率的介质薄膜，通过刻蚀等方法制作出所述微透镜层；在所述微透镜层上表面沉积一层较低折射率的介质薄膜作为所述基底，所述基底填充所述微透镜层上表面使其整体平坦化；在所述基底上表面依次沉积所述波导层、所述缓冲层和所述金属薄膜层；在所述金属薄膜层表面制作出横向和或纵向周期性亚波长掩膜沟槽结构，形成所述金属光栅层；将所述沟槽继续向下刻蚀，使得所述沟槽穿透所述金属光栅层、所述缓冲层和所述波导层，所述基底保持完整，形成导模共振窄带滤波阵列，所述导模共振窄带滤波阵列中包括所述导模共振窄带滤波单元结构；在所述金属光栅层表面沉积一层介质作为所述保护层，制备得到所述多光谱芯片。
在本发明的另一较佳的实施方式中，本发明提供了一种移动端设备，所述移动端设备应用了所述多光谱芯片。
技术效果
与现有技术相比，本发明提供的导模共振窄带滤波单元结构，具有如下优点：
1、窄带滤波性能优异。本滤波片所采用导模共振滤波技术，可同时满足高透过率、窄带宽、次级峰抑制效果好、宽光谱范围等优势。传统导模共振滤波器只是在金属层制作的一维或二维亚波长光栅结构，存在较强的次级峰，影响多光谱复原精度；另外，在过滤波长变大时透射谱带宽也会相应从几纳米增大到十几纳米，导致分光精度下降。与之相比，本发明所提出的导模共振窄带滤波单元结构，不仅可以极大抑制次级峰干扰，同时在宽光谱范围内都可以保持几纳米单色光水平的窄带宽，分光精度不易受波长变化影响。
2、易于批量化制备。现今微纳滤波结构中得到商业化应用的F-P腔滤波技术，不同多光谱通道在结构上呈立体台阶式分布，制备时需要多步光刻、沉积、剥离工艺配合，工艺复杂、加工难度很大、批量化生产成本高，难以实现大规模推广。本发明所采用的导模共振窄带滤波单元结构，不同多光谱通道只需横向调节光栅结构周期即可实现，可通过一步法光刻兼刻蚀即可完成制作，制作工艺简单，工艺难度小，在批量化制备方面优势明显。
与现有技术相比，本发明提供的多光谱芯片，还具有如下优点：
高集成度、高稳定性。使用导模共振窄带滤波单元结构的多光谱芯片，直接将导模共振窄带滤波阵列制作于CMOS/CCD图像传感器的微透镜层表面，能够大幅缩减系统体积、尺寸和重量，同时薄膜的集成化制作也提高了整体光学系统的稳定性，为轻量化、低成本、便携性智能化终端应用开发提供了极大的可能性。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是导模共振窄带滤波单元结构一个实施例的剖面图。
图中：3-基底，4-波导层，5-缓冲层，6-金属光栅层。
图2是导模共振窄带滤波单元结构的一个实施例俯视图。
图3是一维导模共振窄带滤波单元结构的剖面图。
图4是一维导模共振窄带滤波单元结构的俯视图。
图5是二维导模共振窄带滤波单元结构的剖面图。
图6是二维导模共振窄带滤波单元结构的俯视图。
图7是导模共振窄带滤波单元结构的“透光率-波长”图。
图8是二维导模共振窄带滤波单元结构的“透光率-波长”图。
图9是多光谱芯片一个实施例的剖面图，其中：6-金属光栅层，5-缓冲层，4-波导层，3-基底，2-微透镜结构阵列层，1-图像传感器。
图10是多光谱芯片一个实施例的剖面图，其中：7-保护层，6-金属光栅层，5-缓冲层，4-波导层，3-基底，2-微透镜结构阵列层，1-图像传感器。
图11是导模共振窄带滤波阵列一个实施例的局部俯视图。
图12是导模共振窄带滤波阵列一个实施例的局部俯视图，其中：
101-导模共振窄带滤波单元结构，201-一维导模共振窄带滤波单元结构。
图13是导模共振窄带滤波阵列的一个实施例的局部俯视图，其中：
101-导模共振窄带滤波单元结构，301-二维导模共振滤波单元。
图14是导模共振窄带滤波阵列的一个实施例的局部俯视图，其中：
101-导模共振窄带滤波单元结构，201-一维导模共振窄带滤波单元结构，301-二维导模共振滤波单元。
图15是马赛克滤波组的俯视图。
图16是导模共振窄带滤波阵列一个实施例的俯视图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
导模共振滤波原理，所述导模共振窄带滤波单元结构顶部为亚波长金属光栅层，其下为依次堆叠的缓冲层、波导层和基底，其中所述波导层材料折射率高于两端的所述缓冲层和所述基底，所述缓冲层、所述波导层和所述基底三者共同构成波导结构。当满足光栅波矢匹配条件时，入射光波会与波导所支持的导模发生共振，形成导模共振，同时受亚波长所述金属光栅的周期性调制，使光栅波导产生泄漏波，泄漏波能量进行重新分布，从而实现透射型滤波功能。
一维导模共振窄带滤波单元结构，所述一维导模共振窄带滤波单元结构，由上而下依次堆叠金属光栅层、缓冲层、波导层和基底层，所述金属光栅层上有若干条平行排列的沟槽，此时所述金属光栅层为一维金属光栅层。所述一维导模共振窄带滤波单元结构的特点在于，所述沟槽只在横向或纵向上平行排列，所述沟槽等距且等宽。
二维导模共振窄带滤波单元结构，其他结构与上述一维导模共振窄带滤波单元结构相同，区别点在于，所述沟槽在所述金属光栅层上同时呈横向和纵向的平行排列，即形成网状结构，此时所述金属光栅层为二维金属光栅层。
实施例1
如图1、图2所示一种导模共振窄带滤波单元结构，其由上而下包括依次堆叠的金属光栅层、缓冲层、波导层和基底，所述导模共振滤波单元包括沟槽和柱体，
所述导模共振窄带滤波单元结构顶部为亚波长所述金属光栅层，其下为所述缓冲层、所述波导层和所述基底为介质材料，其中所述波导层材料折射率高于两端的所述缓冲层和所述基底，所述缓冲层、所述波导层和所述基底三者共同构成波导结构。
当满足光栅波矢匹配条件时，入射光波会与波导所支持的导模发生共振，形成导模共振，同时受亚波长所述金属光栅的周期性调制，使光栅波导产生泄漏波，泄漏波能量进行重新分布，从而实现透射型滤波功能。
所述导模共振窄带滤波单元结构滤波主峰为TM模式，透射波长λ具体由缓冲层折射率n1、波导层折射率n2、光栅周期P和波导层厚度h共同决定，可以通过改变金属光栅周期来调控透射波长，满足如下关系式：
本发明中所述金属光栅层可分为一维金属光栅层或二维金属光栅层，所述金属光栅层上的沟槽向下延伸将所述基底以上各层予以分割，
对于一维金属光栅层而言，所述基底以上各层则被沟槽分割成若干互相平行的条带；对于二维金属光栅层而言，所述基底以上各层则被分割成若干柱体。
如图3、图4所示，现有技术中存在一维导模共振窄带滤波单元结构，所述一维导模共振窄带滤波单元结构同样由金属光栅层、缓冲层、波导层、基底堆叠而成，同样也存在沟槽，只是沟槽在所述金属光栅层上仅为平行排列，没有垂直交叉排列，并且沟槽在深度方向仅仅穿透了所述金属光栅层，所述缓冲层、所述波导层、所述基底还是堆叠成的一块整体。
如图5、图6所示，现有技术中存在二维导模共振滤波单元，所述二维导模共振窄带滤波单元结构同样由金属光栅层、缓冲层、波导层、基底堆叠而成，同样也存在沟槽，所述沟槽为纵横垂直排列，但是所述沟槽在深度方向仅仅穿透了金属光栅层，使得所述金属光栅层的形状变为一个个等距排列的柱体。
如图8所示，无论是现有技术中的一维导模共振窄带滤波单元结构还是二维导模共振窄带滤波单元结构，都存在着强次级峰干扰、后续多光谱复原的困难，本领域技术人员没有找到相应的原因，也没有找到解决的办法。
如图7所示，本发明提供的所述导模共振窄带滤波单元结构，所述沟槽穿透了所述金属光栅层、所述缓冲层、所述波导层，从而大幅度降低或完全消除了次级峰的干扰，解决了后续多光谱复原困难的问题。
在本发明的导模共振窄带滤波单元结构中，所述金属光栅层的材料可以包括Au、Ag、Al、Pt、Cu、Cr、Sn的一种或多种的组合；所述缓冲层材料可以包括SiO2、MgF2、Al2O3中的一种或多种的组合；所述波导层材料可以包括Si3N4、TiO2、ZnS、ZnSe、Nb2O5、Ta2O5、ZnO、WO3、V2O5、MoO3、GaN中的一种或多种的组合。所述基底材料可以包括SiO2、MgF2的一种或两种的组合。
所述导模共振窄带滤波单元结构边长/周期的占空比可在0.6～0.9之间选择调整。
所述导模共振窄带滤波单元结构的所述金属光栅层上还可以设置一层保护层，所述保护层的材料可以为低折射率材料包括SiO2、MgF2、Al2O3中的一种或多种的组合。
此外，光线入射到所述金属光栅层上会发生反射，反射的光线会形成眩光效应，为了降低或避免光晕现象的影响，所述保护层的材料可为波长选择性吸光材料，用于消除反射光可能带来的眩光效应，即所述保护层作为减反射层使用。
实施例2
在实施例1所述导模共振窄带滤波单元结构的基础上，所述沟槽穿透了所述金属光栅层、所述缓冲层、所述波导层，形成了若干个柱体矗立在基底上。此时所述导模共振窄带滤波单元结构的形态分为三种情况，第一种情况是所述导模共振窄带滤波单元结构的所述金属光栅层是一维金属光栅层，所述基底以上各层全部被所述沟槽分割为所述条带；第二种情况是所述金属光栅层是二维金属光栅层，所述基底以上各层全部被所述沟槽分割为所述柱体，如图1、图2所示。第三种情况：所述基底以上各层部分被所述沟槽分割为所述柱体或所述条带，另外一部分又分为三种情况：①基底以上各层被沟槽划分为一维导模共振窄带滤波单元结构；②基底以上各层被沟槽划分为二维导模共振滤波单元；③基底以上各层被沟槽划分为一维导模共振窄带滤波单元结构与二维导模共振滤波单元的混合体。
实施例3
在实施例1所述导模共振窄带滤波单元结构的基础上，所述沟槽穿透了所述金属光栅层、所述缓冲层、所述波导层，形成了若干个柱体矗立在基底上。此时所述导模共振窄带滤波单元结构的形态为：所述基底以上各层全部被所述沟槽分割为所述柱体。在所述形态的基础下，柱体呈现两种情况，第一种情况为，横向或纵向相邻的两个柱体间距相等；第二种情况，横向或纵向相邻的两个柱体间距不相等。在第二种情况下，可能是横向相邻柱体间距大于纵向相邻柱体间距，也可能是横向相邻柱体间距小于纵向相邻柱体间距。
实施例4
如图9所示，一种多光谱芯片，包括实施例1至3中任意一种所述导模共振窄带滤波单元结构，所述多光谱芯片由上而下依次设置导模共振窄带滤波阵列、微透镜层、图像传感器，所述导模共振窄带滤波阵列包括所述导模滤波单元。
如图9所示，该图是本发明所述的多光谱芯片的剖面图，其中显示导模共振滤波层、微透镜层、图像传感器的相互位置。多光谱传感器的作用在于把光信号转换为电信号，工作机理为，复合光照射到导模共振滤波层上被分解为不同波段的光，不同波段的光再进入到微透镜层聚焦到图像传感器上，接着图像传感器把光信号转换为电信号，得到的电信号可以在各种电子设备上复原为各种色彩的图案。其中用到的图像传感器可以是CCD或CMOS:CCD是电荷耦合器件(charge coupled device)的简称，它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移，也可将存储之电荷取出使电压发生变化；CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器，与CCD有着共同的历史渊源。CMOS图像传感器通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成,这几部分通常都被集成在同一块硅片上。其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。
实施例5
如图10所示，在实施例4的基础上，还可以给所述多光谱芯片加上一层保护层，所述保护层可以为低折射率材料SiO2、MgF2、Al2O3中的一种或多种的组合，保护层的作用是避免导模共振滤波层被空气氧化，延长多光谱芯片的使用寿命。在不给所述多光谱芯片加保护层的情况下，还可以给所述多光谱芯片加上一个保护壳，保护壳与所述多光谱芯片的间隙为真空，这样也能避免导模共振滤波层被空气氧化。
实施例6
导模共振窄带滤波阵列是由导模共振窄带滤波单元结构按周期性平铺组成的，在实施例4或5的基础上，可以对导模共振滤波层作多种设计以满足不同情况的需要，
如图11所示第一种设计：所述导模共振窄带滤波单元结构可以全部是实施例1至3中任意一种导模共振窄带滤波单元结构。
如图12所示第二种设计：所述导模共振滤波结构由所述导模共振窄带滤波单元结构和一维导模共振窄带滤波单元结构构成。
如图13所示第三种设计：所述导模共振窄带滤波阵列由导模共振窄带滤波单元结构和所述二维导模共振窄带滤波单元结构构成。
如图14所示第四种设计：所述导模共振窄带滤波阵列由导模共振窄带滤波单元结构和所述二维导模共振窄带滤波单元结构和所述一维导模共振窄带滤波单元结构构成。
如图15所示，所述导模共振窄带滤波阵列全部由所述导模共振窄带滤波单元结构组成，所述导模共振窄带滤波单元结构内重复排列着若干个马赛克滤波组，一个马赛克滤波组根据被分光的不同多光谱的特性、波段，设置若干个所述导模共振窄带滤波单元结构，这些所述导模共振窄带滤波单元结构的沟槽宽度可以人为设定，以适应不同波长的光入射。图15中所述导模共振窄带滤波单元结构为3×3式九宫格排列，分为C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9，所述导模共振窄带滤波单元结构的沟槽宽度随C1-C9逐个增加，同时所述柱体个数逐个减少。在一个马赛克滤波组中，C1-C9代表9个点同时也对应着9个不同波长透射的光，9个点的值经过加工计算以复原入射多光谱。所述马赛克滤波组或所述九宫格式排列只是所述导模共振窄带滤波单元结构在所述导模共振窄带滤波阵列内的可选的排列方式中的一种。本领域技术人员可以根据被复原多光谱的具体情况，采用不同的设计形式。
实施例7
制备一种多光谱芯片的方法，包括以下步骤：在图像传感器上表面沉积一层较高折射率的介质薄膜，通过刻蚀等方法制作出微透镜层；微透镜层上表面沉积一层较低折射率的介质薄膜作为平坦化填充层，填充微透镜结构阵列上表面使整体平坦化；
平坦化填充层上表面依次沉积波导层、缓冲层和金属薄膜层；在所述金属薄膜层表面制作出周期性亚波长结构阵列掩膜层，借助掩膜纵向刻蚀形成沟槽，穿透所述金属薄膜层、所述缓冲层和所述波导层直到所述平坦化填充层，同时横向形成二维周期性亚波长结构阵列，形成导模共振滤波层，导模共振滤波层中包括周期性排布的导模共振窄带滤波单元结构；在金属薄膜层表面沉积一层介质作为保护层，制备得到多光谱芯片。
所述图像传感器表面可以预先经过平坦化处理。
所述较高折射率的介质薄膜材料可以为Si3N4、TiO2、ZnS、ZnSe、Nb2O5、GaN中的一种；微透镜层沉积厚度使微透镜阵列汇聚的入射光线焦点位于图像传感器焦面；薄膜沉积方法为等离子体化学气相沉积或磁控溅射或物理气相沉积。
制作微透镜层的方法可以为激光直写、光刻胶热回流刻蚀法、反应离子刻蚀法、热压模成型法中任一种或两种以上的组合。
所述平坦化填充层材料可以为SiO2、MgF2中的一种或两种的组合。
所述波导层材料可以为Si3N4、TiO2、ZnS、ZnSe、Nb2O5、Ta2O5、ZnO、WO3、V2O5、MoO3、GaN中的一种或多种组合；
所述缓冲层材料可以为SiO2、MgF2、Al2O3中的一种；
沉积方法为等离子体化学气相沉积或磁控溅射或物理气相沉积。
所述金属薄膜层材料可以为Au、Ag、Al、Pt、Cu、Cr和Sn中的一种或多种组合；
沉积方法为电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射中的一种。
所述波导层厚度介于10nm～500nm；所述缓冲层厚度介于0～500nm；所述金属层厚度介于10nm～200nm。
制作二维周期性亚波长掩膜结构的方法可以为电子束曝光、离子束曝光、X射线曝光、深紫外线曝光或纳米压印中的一种；刻蚀方法为溅射刻蚀、反应离子刻蚀、感应耦合等离子体刻蚀或激光烧蚀中的一种。
所述导模共振窄带滤波单元结构为周期性分布，排布方式为六角或四方排列；所述三维导模共振单元为方块或圆盘；所述导模共振窄带滤波单元结构边长/周期的占空比为0.6～0.9。
所述导模共振窄带滤波单元结构滤波主峰为TM模式，透射波长λ具体由缓冲层折射率n1、波导层折射率n2、光栅周期P和波导层厚度h共同决定，可以通过改变金属光栅周期来调控透射波长，满足如下关系式：
所述保护层可以为低折射率材料SiO2、MgF2、Al2O3中的一种，目的是保护芯片表面的金属光栅不被外界环境氧化或破坏。
所述保护层可替换为波长选择性吸光材料，用于消除反射光可能带来的眩光效应，作为芯片的减反射层使用。
实施例8
一种移动端设备应用了所述导模共振窄带滤波单元结构或所述导模共振窄带滤波阵列或所述多光谱芯片，所述移动端设备可以为智能移动端设备或非智能移动端设备，所述移动端设备可以具备通讯功能也可以不具备通讯功能。所述移动端设备包括不限于：手机、笔记本、平板电脑、无人机等。所述移动端设备应用了所述多光谱芯片，所述多光谱芯片将外界的光信号转换为所述移动端设备可以识别的电子信号，以实现拍照、摄影功能等。相较于光谱芯片，所述移动端设备应用所述多光谱芯片能大幅降低成本，提高效率。导模共振技术迟迟不能应用于移动端设备，就是因为传统一维或二维导模共振窄带滤波单元结构存在较强的次级峰，影响多光谱复原精度，本发明提供的导模共振窄带滤波单元结构解决了上述问题。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (14)
1.一种导模共振窄带滤波单元结构，由上而下包括依次堆叠的金属光栅层、缓冲层、波导层和基底，所述金属光栅层为一维金属光栅层或二维金属光栅层，其特征在于，所述金属光栅层上的沟槽向下延伸将所述基底以上各层予以分割，
对于一维金属光栅层，所述基底以上各层则被分割成若干互相平行的条带；
对于二维金属光栅层，所述基底以上各层则被分割成若干柱体。
2.如权利要求1所述的导模共振窄带滤波单元结构，其特征在于，所述金属光栅层的材料包括Au、Ag、Al、Pt、Cu、Cr、Sn中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的导模共振窄带滤波单元结构，其特征在于，所述缓冲层材料包括SiO2、MgF2、Al2O3中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的导模共振窄带滤波单元结构，其特征在于，所述波导层材料包括Si3N4、TiO2、ZnS、ZnSe、Nb2O5、Ta2O5、ZnO、WO3、V2O5、MoO3、GaN中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的导模共振窄带滤波单元结构，其特征在于，所述基底材料包括SiO2、MgF2中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的导模共振窄带滤波单元结构，其特征在于，所述金属光栅层上还有一层保护层，所述保护层用于避免所述金属光栅层被氧化。
7.如权利要求6所述的导模共振窄带滤波单元结构，其特征在于，所述保护层材料包括SiO2、MgF2、Al2O3中的一种或多种。
8.如权利要求6所述的导模共振窄带滤波单元结构，其特征在于，所述保护层的材料为波长选择性吸光材料，用于消除反射光可能带来的眩光效应，即所述保护层作为减反射层使用。
9.如权利要求1所述的导模共振窄带滤波单元结构，其特征在于，所述柱体为圆柱体或正四棱柱体。
10.一种导模共振窄带滤波阵列，包括权利要求1至9任一所述导模共振窄带滤波单元结构，其特征在于，所述导模共振窄带滤波阵列中平铺着所述导模共振窄带滤波单元结构。
11.如权利要求10所述的一种导模共振窄带滤波阵列，其特征在于，所述导模共振窄带滤波阵列中还包括一维导模共振窄带滤波单元结构和/或二维导模共振窄带滤波单元结构。
12.一种多光谱芯片，其特征在于，包括权利要求10或11所述导模共振窄带滤波阵列，所述多光谱芯片由上而下依次至少设置所述导模共振窄带滤波阵列、微透镜层、图像传感器。
13.制备权利要求12所述多光谱芯片的方法，其特征在于，包括以下步骤：在图像传感器上表面沉积一层高折射率的介质薄膜，通过刻蚀方法制作出所述微透镜层；
在所述微透镜层上表面沉积一层低折射率的介质薄膜作为所述基底，所述基底填充所述微透镜层上表面使其整体平坦化；
在所述基底上表面依次沉积所述波导层、所述缓冲层和金属薄膜层；
在所述金属薄膜层表面制作出横向和/或纵向排列的周期性亚波长掩膜沟槽结构，形成所述金属光栅层；
将所述沟槽继续向下刻蚀，使得所述沟槽穿透所述金属光栅层、所述缓冲层和所述波导层，所述基底保持完整，形成若干导模共振窄带滤波单元结构；
在所述金属光栅层表面沉积一层介质作为保护层，制备得到所述多光谱芯片。
14.一种移动端设备，其特征在于，所述移动端设备应用了权利要求12所述的多光谱芯片。
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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