[发明专利]微弱光光谱测量器件和光谱仪

说明书

本发明属于光谱设备领域，提供一种微弱光光谱测量器件和光谱仪，包括衬底和设置在衬底上表面的至少两个探测单元，一个探测单元包括一个光调制微纳结构单元和一个超导纳米线单光子探测器单元。光调制微纳结构单元可以对入射光光谱实现一定的调制作用，超导纳米线单光子探测器单元用于探测调制后的光子，或者本身也作为光调制结构与已有的光调制微纳结构单元共同对光子产生光谱调制作用并探测光子，使每个探测单元均具有宽光谱探测特征，可使用计算光谱重建的方法测量光谱，使光子利用率大大提高。光调制微纳结构本身的谐振作用也具有增强超导纳米线单光子探测器探测效率的作用，缩短测量时间。

技术领域

本发明涉及光谱设备技术领域，尤其涉及一种微弱光光谱测量器件和光谱仪。

背景技术

作为一种常用的光学信息感知技术，光谱测量经过多年发展已经广泛的应用于多个技术领域。单光子水平的微弱光光谱测量在科学研究、环境监测、遥感遥测等领域具有重要应用。然而，目前针对微弱光的光谱测量方法普遍依赖可调窄带滤波器，如单色仪，配合单光子探测器，通过对不同波长点逐点扫描的方式，测量每个波长点对应的光子计数率实现光谱测量。测量过程中，滤波器通带外的光子不能被探测，使得该方法的光子利用率低，测量时间长，不易实现器件功能集成，严重限制了此类技术的实际应用。

发明内容

本发明提供一种微弱光光谱测量器件和光谱仪，用以解决现有技术中可调窄带滤波器配合单光子探测器进行微弱光光谱测量时，光子利用低、测量时间长的缺陷，实现提高光子利用率以及缩短测量时间的效果。

本发明提供一种微弱光光谱测量器件，包括衬底和设置在所述衬底的上表面的至少两个探测单元，其中，每个所述探测单元包括：光调制微纳结构单元，包括底板和设置在所述底板上的多个调制孔，多个所述调制孔排布成二维图形结构；超导纳米线单光子探测器单元，包括至少一条超导纳米线，所述超导纳米线排布成二维图形结构，且所述超导纳米线的纵向投影穿插在多个所述调制孔之间。

根据本发明提供的一种微弱光光谱测量器件，多个所述探测单元包括至少两种结构参数的所述调制孔，和\或，包括至少两种二维图形结构的调制孔排布形式，和\或，至少两种二维图形结构的超导纳米线排布形式。

根据本发明提供的一种微弱光光谱测量器件，所述底板位于所述衬底的上表面，所述超导纳米线单光子探测器单元设置在所述底板的上表面。

根据本发明提供的一种微弱光光谱测量器件，所述底板与所述超导纳米线单光子探测器单元之间设置有缓冲层，且所述底板和所述超导纳米线单光子探测器单元，两者中的其中一者位于所述缓冲层的下表面，另一者位于所述缓冲层的上表面。

根据本发明提供的一种微弱光光谱测量器件，当所述底板位于所述缓冲层的下表面时，所述缓冲层的底部充满所述调制孔。

根据本发明提供的一种微弱光光谱测量器件，当所述超导纳米线单光子探测器单元位于所述缓冲层的下表面时，所述缓冲层的底部充满所述超导纳米线之间的空隙。

根据本发明提供的一种微弱光光谱测量器件，所述缓冲层的材料为低折射率材料。

根据本发明提供的一种微弱光光谱测量器件，所述底板的材质包括硅、锗、锗硅材料、硅的化合物、锗的化合物、金属或III-V族材料，其中硅的化合物包括氮化硅、二氧化硅或碳化硅。

根据本发明提供的一种微弱光光谱测量器件，所述超导纳米线的材质包括氮化铌、铌钛氮、钨硅、钼硅或二硼化镁。

本发明还提供一种光谱仪，包括如以上任一项所述的微弱光光谱测量器件。