【摘要】：色散模塊是光譜儀器中的核心部分,傳統(tǒng)的色散模塊由昂貴的光柵、透鏡和CCD組成。隨著光譜技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)和日常應(yīng)用擴(kuò)展,如何實(shí)現(xiàn)光譜儀的低成本、微型化已成為一個(gè)重要的課題。陣列波導(dǎo)光柵(AWG)芯片采用波導(dǎo)元件替代傳統(tǒng)光柵、透鏡的功能,而光電探測(cè)器(PD)陣列可取代CCD并與AWG集成在同一塊芯片上,因此,AWG和PD的單片集成可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)色散模塊的功能。拉曼光譜具有“指紋”特性。不同的物質(zhì)其拉曼光譜是不同的,可以通過(guò)拉曼光譜有效鑒別化學(xué)成分,尤其拉曼光譜分析具有快速、非侵入、可通過(guò)特征峰同時(shí)鑒別混合物中的多種化學(xué)成分等優(yōu)點(diǎn),在食品安全、環(huán)境檢測(cè)和醫(yī)療診斷等領(lǐng)域市場(chǎng)前景廣闊。但拉曼光譜儀由于采用精密的光學(xué)元件和CCD并需要精確地光學(xué)裝配,高昂的價(jià)格制約了其廣泛應(yīng)用。拉曼光譜儀由激光器、拉曼探頭和色散模塊組成,由于半導(dǎo)體激光器芯片的發(fā)展,以及芯片上光子晶體技術(shù)的進(jìn)步,激光器和拉曼探頭已經(jīng)可以芯片化。如果實(shí)現(xiàn)了芯片上的色散模塊,將使芯片式拉曼光譜儀的實(shí)現(xiàn)成為可能。本文以785 nm激光激發(fā)的拉曼光譜儀作為應(yīng)用方向,主要介紹AWG芯片的工藝改進(jìn);適合AWG芯片的光電探測(cè)器(PD)的設(shè)計(jì)、工藝和測(cè)試;AWG于光電探測(cè)器芯片的集成工藝研究等內(nèi)容,研究?jī)?nèi)容主要包括:1.采用OptiBPM軟件設(shè)計(jì)了拉曼光譜儀專用的AWG芯片;2.為減小AWG芯片的損耗,采用了調(diào)整芯層的工藝參數(shù)、改進(jìn)芯層刻蝕掩膜、增加包層厚度、采用原位包層-芯層-包層PECVD生長(zhǎng)等工藝改進(jìn),通過(guò)測(cè)試反饋,確定了優(yōu)化的工藝參數(shù);3.根據(jù)AWG輸出光信號(hào)的光譜成分和光斑大小,設(shè)計(jì)了專用的PD,并進(jìn)行了工藝流片和測(cè)試;4.提出了將AWG和PD單片集成的工藝方案,并進(jìn)行了工藝實(shí)驗(yàn)。在上述工作中體現(xiàn)的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括AWG與PD單片集成工藝,該工作已申請(qǐng)了中國(guó)發(fā)明專利和PCT國(guó)際專利。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH744.1
【圖文】：

圖１．２－２邋Ａｌｐｈａ３００－ＲＡＭＡＮ共焦拉曼光譜儀逡逑０－ＲＡＭＡＩＳＩ拉曼光譜儀性能參數(shù)如表１－２所示。逡逑表１－２邋Ａｌｐｈａ３００－ＲＡＭＡＮ拉曼光譜儀性能參數(shù)逡逑號(hào)邐Ａｌｐｈａ３００－ＲＡＭＡＮ邐光譜儀通光孔徑邐ｆ波長(zhǎng)邐３５５－７８５ｎｍ邐激光器功率邐１０－１５范圍邐９５－５０００ｃｍ－１邐分辨率邐０．０２ｒｏＲＡＭ是日本ＨＯＲＩＢＡ公司推出的臺(tái)式拉曼光譜儀（見圖１．２－３），處理復(fù)雜樣品的情況下帶來(lái)最簡(jiǎn)單的拉曼測(cè)量。它可以用來(lái)表征

拉曼光譜儀的陣列波導(dǎo)光柵（ＡＷＧ）工藝改進(jìn)及與光電探測(cè)器的集成以實(shí)現(xiàn)多用途測(cè)試，它對(duì)測(cè)試樣品的形狀沒(méi)有特殊樣品。為了保證ＭａｃｒｏＲＡＭ的性能和高靈敏度，它達(dá)－５０°Ｃ。而且ＬａｂＳｐｅｃ６軟件為ＭａｃｒｏＲＡＭ提供了一和操作都可以實(shí)現(xiàn)可視化。逡逑

這些擁有著自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光譜儀器開始在市場(chǎng)中發(fā)揮著開拓者的作逡逑用。逡逑由卓立漢光最新推出的Ｆｉｎｄｅｒ邋Ｉｎｓｉｇｈ小型激光拉曼光譜儀（見圖１．２－４）體積逡逑小、可用于工業(yè)檢測(cè)級(jí)客戶。它取消了光纖耦合的方式而采用光路耦合方式，同逡逑時(shí)開放樣品室，大大提高了拉曼信號(hào)的收集效率。制冷型面陣ＣＣＤ的配置使其逡逑具有更高的信噪比，搭配直接光路耦合方式，系統(tǒng)的信噪比優(yōu)勢(shì)更加凸顯。逡逑表１－４為Ｒｎｄｅｒ邋Ｉｎｓｉｇｈ拉曼光譜儀的詳細(xì)參數(shù)。逡逑Ｉ邐！逡逑Ｉ邐》逡逑＾邐ｉ邐７逡逑圖１．２－４邋Ｆｉｎｄｅｒ邋Ｉｎｓｉｇｈ拉曼光譜儀逡逑表１－４：邋Ｆｉｎｄｅｒ邋Ｉｎｓｉｇｈ拉曼光譜儀性能參數(shù)逡逑型號(hào)邐ＦＩ－Ｒ－Ａ邐分辨率邐６－１０ｃｍ＿１邐＾逡逑激光波長(zhǎng)邐７８５ｎｍ邐檢測(cè)器邐科研級(jí)制冷型ＣＣＤ逡逑激光功率邐ｌＯＯＭｗ邐光譜儀通光孔徑邐ｆ／３逡逑測(cè)量范圍邐ＺＯＯＱＯＯＯｃｍ－１邐電源邐１１０／２２０Ｖ交流電逡逑１．３拉曼光譜儀發(fā)展的趨勢(shì)逡逑從上文傳統(tǒng)的光譜儀描述可知，光譜儀一般有光源系統(tǒng)、準(zhǔn)直校準(zhǔn)系統(tǒng)、成逡逑５逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2789224