CN109100310A - 一种超光谱探测微*** - Google Patents

Abstract

一种超光谱探测微***，包括：光收集耦合模块，波导分光芯片和光谱数据处理模块，其中波导分光芯片包括级联MZI波导滤波器、波导光开关阵列、热光调相MZI阵列和片上集成线阵探测器。本发明集成了集成硅基级联MZI阵列波导技术，热光调相技术、硅基光谱分光技术、片上探测器集成技术、信号处理及光谱复原算法以及Si‑CMOS工艺和微***高密度集成制造工艺，实现具有宽光谱探测范围、高光谱探测精度、超小体积重量功耗、超低成本、快速机动等优点。

Description

一种超光谱探测微***

技术领域

本发明涉及微型光谱分析仪器领域，具体而言，涉及一种基于硅基级联MZI阵列波导技术的芯片级超光谱探测微***。

背景技术

超分辨率光谱分析技术作为一种重要的光探测感知手段，可广泛应用于食品安全检测、气体监测、商标防伪等领域。食品卫生相关实验室中常需要对食品进行添加剂检测、腐败程度检测、农药残留检测、化学品残留检测等工作，传统方法需要提取样品组织与特定种类的试剂进行化学反应检测，其检测时间慢，工序复杂、且消耗性检测试剂成本费用较高。而利用光谱分析技术的检测方式操作简单、检测时间快速、无需消耗性检测试剂，且具有非接触、无破坏的优点。同时，通过提高光谱分辨率和针对性地拓展光谱范围能够有效提高目标检测准确度。另外，在气体监测领域，利用光谱分析技术的检测手段可以避免检测试剂的更换，提高产品寿命。

目前技术成熟的微型光谱仪依据其分光原理主要可分为色散型和干涉型两种。色散型的微型光谱仪一般是基于光栅色散的分光原理，结合经典的光学结构诸如Ebert-Fastie结构、Czerny-Turner结构、Littrow结构等实现光谱的精细测量。光栅结构可采用平面光栅和凹面光栅两种结构，其中采用基于平面光栅的光学结构有利于***元件的模块化。而凹面光栅相较于平面光栅***省去了准直镜和成像镜元件，同等的焦深可以有更小的***体积，同时凹面光栅通过全息优化设计可以校正***大部分的像差。

然而，色散型微型光谱仪主要是基于光机结构和***元件的微型化，集成化程度不高，***的稳定性较差。此外，基于色散分光的微型光谱仪光通量较小，能量利用率低，对探测光强的要求较高，限制了其作用距离和应用范围。

干涉型微型光谱仪基于干涉原理，通过对探测得到的信号进行Fourier变化得到光谱信号。瑞士Neuchatel大学的微技术研究所研制出了一种片状光栅集成傅里叶变换光谱仪，该仪器内置一个采用深度反应刻蚀法在绝缘体硅芯片上制作的静电梳状驱动器，来控制反射镜的运动。反射镜的高度为75μm，光栅周期数为32mm-1，光栅周期长度为100μm，器件的总尺寸为7mm×4mm，该光谱仪的工作范围为380nm～1700nm。埃及Si-Ware公司的NeoSpectra型光谱仪，采用MEMS技术在硅基上实现了迈克尔逊干涉仪，并通过MEMS作动器实现光谱调节，利用InGaAs探测器探测信号，对其进行Fourier变换得到光谱信息。

而对于无论是基于迈克尔逊干涉仪的光谱仪还是基于可调F-P腔的光谱仪，均依赖于MEMS静电调节技术，对MEMS器件调节精度和稳定性要求较高。此外，干涉型微型光谱仪结构复杂，对MEMS加工工艺要求较高，成本较高，限制了其应用范围。

因此，如何能够提高***的集成化程度，降低结构的复杂度，扩展光谱探测范围，成为现有技术亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种超光谱探测微***，能够减少体积，降低***工号，提高分辨率，扩展光谱探测范围。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种超光谱探测微***，包括：

光收集耦合模块，用于收集目标的辐射光信息，并耦合至波导分光芯片；

波导分光芯片，用于将收集到的辐射光滤波后，利用MZI阵列进行光谱分光并经光电转换后输出电信号；

光谱数据处理模块，用于将输出电信号复原为目标的光谱信息。

可选的，所述光收集耦合模块的具体包括：

光学透镜组，镀有增透抗反和滤波膜层，用于接收目标谱段的辐射光，并得到具有输入光谱带宽的辐射光；

传输光纤，用于作为中间级提高辐射光进入光波导的光耦合效率；

侧向锥型模式匹配器，用于将辐射光从所述传输光纤耦合进入所述波导分光芯片。

可选的，在所述光收集耦合模块中，空间中辐射光与传输光纤的耦合效率表示为：

其中a为光学透镜组的直径与光纤模场反向传播到光学透镜前的场的直径之比；

A_R、A_C分别为光学透镜组的耦合镜面积与散斑面积；

x₁、x₂为光场入射到光学透镜上的光斑尺寸，分别为主轴及其垂直方向的光斑大小。

可选的，所述波导分光芯片具体包括：

级联MZI波导滤波器、波导光开关阵列、热光调相MZI阵列、片上集成线阵探测器。

其中，级联MZI波导滤波，用于将所述输入光谱带宽分为n个光通道，每个光通道具有一定的光通道带宽；

波导光开关阵列，用于将n个光通道进行n×1选通；

热光调相MZI阵列，用于将所选通的光通道进行空间傅里叶分光，并通过热光调相实现光谱微调；

片上集成线阵探测器，用于将所述热光调相MZI阵列波导输出的光信号进行光电转换输出电信号。

可选的，所述级联MZI波导滤波器将500nm的输入光谱带宽分为4个125nm带宽的光通道。

可选的，所述波导光开关阵列基于硅光子集成技术，采用载流子注入MMI(Multimode Interference)，通过改变注入载流子浓度，改变材料的吸收系数，从而依次实现多个不同中心波长光谱谱带的开关切换。

可选的，所述热光调相MZI阵列的光谱探测分辨率表达式为：

光谱探测谱宽：

其中λ₀为可分辨光谱范围的中心波长；n_eff为波导有效折射率；N为MZI阵列数；ΔL_min为MZI两臂最小长度差。

可选的，所述热光调相MZI阵列引入热光调相前的最小光程差为ΔL_min，每个输出端口的输出功率为P_out(li)，引入热调后MZI干涉仪之间的最小光程差改变为ΔL_min+ΔL₀，热调后的输出功率为P_out(li+iΔL₀)，从而改变波数σ₀，进而改变可分辨光谱范围的中心波长λ₀，实现了更加精细的光谱探测。

可选的，所述片上集成线阵探测器，采用异质或异构集成的方法实现片上集成。

可选的，所述光谱数据处理模块，具体包括：

噪声去除模块，用于滤除光谱探测微***中的本底噪声信号；

平场校正模，用于对光探测器定标得到光探测器不同像元的响应系数，补偿由其不均匀性引起的信号误差；

ADC切趾模块，用于进行切趾运算来恢复真实光谱信号，提高信噪比；

光谱数据反演模块，用于进行光谱数据反演，得到初步光谱信息。

光谱辐射定标模块，用于对光谱进行辐射定标，对反演出得到的光谱信息进行校正，输出光谱信息。

本发明具有如下优点

(1)本发明提出基于硅光集成技术的芯片级超分辨光谱探测微***架构，将波导级联宽带光谱滤波器、平面波导MZI阵列分光模块和探测器集成在同一基底上，相比传统超光谱探测***大大缩小体积、重量和功耗，无需扫描模块，可提升***的稳定性，实现芯片级的超光谱探测。

(2)本发明采用宽带光谱预分光和波导MZI阵列光谱精细分光的级联体系架构，可实现大光谱探测范围和更高光谱分辨率光谱探测，并具有较好的谱段拓展性。

(3)本发明在波导阵列MZI光谱分光的基础上，提出使用热光调相技术对每一个MZI光程差进行调整，进而实现目标光谱范围内的超高光谱分辨率探测，在不增加MZI阵列数量的前提下，可获得不同光程差下的输出光功率。

附图说明

图1是根据本发明具体实施例的超光谱探测微***框架图；

图2是根据本发明具体实施例的超光谱探测微***结构图；

图3是根据本发明具体实施例的光收集耦合模块结构示意图；

图4是理想的宽光谱预分光模块效果图；

图5是根据本发明具体实施例的1200nm-1325nm光开关模块效果图；

图6是根据本发明具体实施例的硅基热光调相阵列波导单元放大框架图；

图7是根据本发明具体实施例的光谱数据处理模块图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

1、光收集耦合模块；2；光波导芯片、3；光谱数据处理模块、；11、光学透镜组；12、传输光纤；13、侧向锥形模式匹配器；21、级联MZI波导滤波器；22、波导光开关阵列；23、热光调相MZI阵列波导；24、片上集成线阵探测器；31、噪声去除模块；32、平场校正模块；33、ADC切趾模块；34、光谱数据反演模块；35、光谱辐射定标模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明综合硅基级联MZI阵列波导技术、硅基光谱分光技术、基于热光调相的光谱差分分析技术、片上探测器集成技术、信号处理及光谱复原算法，并利用以上技术设计光波导芯片，构建芯片级超光谱探测微***架构。

具体的，本发明首先收集目标的辐射光信息，并耦合至光波导芯片中，在光波导芯片中，输入光经级联宽带滤波器进行光谱宽带预分光，粗分为若干个宽带光谱谱带，后经过平面波导MZI阵列进行各光谱谱带内的超分辨率光谱分光；在平面波导阵列单元中引入热光调相单元，可得到不同光程差下的光谱信息，进而可通过光谱差分分析获得更为精细的光谱信息；为提高***的集成度，在宽带滤波器和热光调相MZI阵列之间引入波导光开关阵列在各光谱带间进行切换，实现平面波导超分辨率分光模块的分时复用；平面波导阵列的输出光对准耦合至对应的片上集成的探测器上，探测器的输出光经读出电路读出后，经光谱信号复原处理得到目标的光谱信息从而实现芯片级的、超光谱分辨率、宽光谱范围的光谱探测。

参见图1，示出了根据本发明具体实施例的超光谱探测微***框架图，图2示出了根据本发明具体实施例的超光谱探测微***结构图。

该超光谱探测微***包括：光收集耦合模块1，波导分光芯片2和光谱数据处理模块3；

所述光收集耦合模块1，用于收集目标的辐射光信息，并耦合至波导分光芯片2，该辐射光信息包括目标发射以及反射的光；

波导分光芯片2，用于将收集到的辐射光滤波后，利用MZI阵列进行光谱分光并经光电转换后输出电信号；

光谱数据处理模块3，用于将输出电信号复原为目标的光谱信息。

对于光收集耦合模块1，由于利用波导光栅将空间光直接耦合进入光波导的技术方案对于入射光的波长非常敏感，因此，本发明采用光学透镜组与光纤耦合后，再将光纤与光波导芯片耦合的级联处理方案。将透镜组与宽带传输光纤的一端耦合封装，再将另一端与光波导芯片的片上集成模块的输入波导耦合，实现探测光信号的前端输入。在光纤与波导耦合时，需要考虑一定光谱带宽(例如500nm)下的光场模式传输特性对耦合效率的影响，因此采用模式匹配器方案进行光耦合，具体为侧向锥型模式匹配器。该方式工艺简单、易于实现、理论简单完备，通过设计调整输出波导的长度、宽度、拉锥区长度和侧向拉锥函数等参数，可以实现较高的耦合效率。

具体的，参见图3，示出了光收集耦合模块1的具体形式，包括：

光学透镜组11，镀有增透抗反和滤波膜层，用于接收目标谱段的辐射光，并得到具有输入光谱带宽的辐射光；可选的，输入光谱带宽为500nm，使得满足1200nm-1700nm波长光透过，其他谱段波长光截止。

传输光纤12，用于作为中间级提高辐射光进入光波导的光耦合效率；

侧向锥型模式匹配器13，用于将辐射光从所述传输光纤耦合进入所述波导分光芯片。

采用侧向锥型模式匹配器13可以提高作为信号光的辐射光从所述传输光纤进入所述波导分光芯片的光耦合效率，避免波导光栅的光频率选择性在入射光为宽光谱范围时丢失入射光信号；

其中，空间中辐射光与传输光纤的耦合效率可以表示为：

其中a为光学透镜组的直径与光纤模场反向传播到光学透镜前的场的直径之比；

A_R、A_C分别为光学透镜组的耦合镜面积与散斑面积；

x₁、x₂为光场入射到光学透镜上的光斑尺寸，分别为主轴及其垂直方向的光斑大小。

且根据简化的波导传输理论，单模传输需满足以下条件：

其中对称光波导下，分别为波导芯层和衬底/覆盖层折射率。既，波导芯层厚度相同波导结构参数下，若短波长满足单模条件，则长波长同样将满足单模条件。后续模块中波导参数将根据不同部分和作用分别进行设计调整。

对于波导分光芯片2，参见图1和图2，采用片上集成的方式集成了多个部件，包括：级联MZI波导滤波器21、波导光开关阵列22、热光调相MZI阵列23、片上集成线阵探测器24。

其中，级联MZI波导滤波21，用于将所述输入光谱带宽分为n个光通道，每个光通道具有一定的光通道带宽，所述光通道带宽与光通道数量的积等于输出输入光谱带宽。在一个具体的实施例中，级联MZI波导滤波器21，将500nm的输入光谱带宽分为4个125nm带宽的光通道。

波导光开关阵列22，用于将n个光通道进行n×1选通。在一个具体的实施例中，将4个125nm带宽光通道进行4×1选通；

热光调相MZI阵列23，用于将所选通的光通道进行空间傅里叶分光，并通过热光调相实现光谱微调；

片上集成线阵探测器24，用于将所述热光调相MZI阵列波导输出的光信号进行光电转换输出电信号。

本发明以对1200nm-1700nm的光谱探测范围为例，首先通过宽带光谱预分光技术将探测范围分为多个光谱谱带，对大范围光谱进行光谱切割，形成4个125nm光谱宽度的近似矩形窗口带通滤波器。宽带光谱滤波器拟采用级联MZI方案，即利用级联MZI波导进行滤波，通过对MZI结构的设计及参数的选取，实现大带宽、高隔离度的光谱预分光。

级联MZI波导可以选择氮化硅材料进行滤波器的设计与验证，氮化硅折射率约为2，在450nm-2000nm范围内波导传输损耗非常低，且在CMOS工艺中广泛使用，加工成本较低。通过调整刻蚀工艺参数，改变波导截面形状，能够实现有效的色散管理，便于设计制作出低损耗、高隔离度的滤波器件，

进一步的，为了减小后续信号处理的复杂度，在设计滤波器件的过程中，尽可能降低谱带内的功率抖动，可以配合基于级联MZI的色散管理方案，以实现平带滤波。参见图4，示出了理想的宽光谱预分光模块效果图。

宽带光谱预分光后，为了实现对各光谱谱带内的光谱进行超高分辨率细分，需要对每个谱带内都附加连接超高分辨光谱细分模块，但这将会导致整个片上滤波高分辨分光***占据较大的芯片面积。同时，由于每个光谱谱带后连接的超高分辨光谱分光模块在满足目标分辨率情况下，可以采用相同的结构设计。因此为了进一步增加集成度，本发明在级联MZI波导后采用波导光开关阵列在各个光谱谱带之间进行切换，去除冗余的模块，实现光谱通光谱带的选通，以及超高分辨光谱模块的时分复用。

具体而言，所述波导光开关阵列22基于硅光子集成技术，采用载流子注入MMI(Multimode Interference)。通过改变注入载流子浓度，改变材料的吸收系数，从而依次实现多个不同中心波长光谱谱带的开关切换。所述波导光开关应尽量提高光开关的响应速度，降低光开关的损耗及串扰，提高消光比，实现偏振不敏感。每个光开关的带宽与光通道带宽一致。参见图5，示出了根据本发明具体实施例的1200nm-1325nm光开关模块效果图。

对于光开关之后的超高分辨光谱细分模块采用了基于硅基超高分辨率分光模块。基于硅基超高分辨率分光模块是基于平面波导阵列，并在此基础上引入了热光调相技术，通过探测和分析光谱差分信号来进一步提升模块的超分辨率分光性能。

具体的，本发明采用了热光调相MZI阵列23，将MZI结构引入到阵列波导中，利用空间外差技术来提高***的光谱分辨率。热光调相MZI阵列属于平面波导MZI阵列，是基于阵列波导光栅(AWG)的设计思想，利用波导MZI结构代替AWG中的波导相位延迟线和星形耦合器。各个通道中MZI相差固定的长度差，实现不同波长光的相干分光。此结构的分光结构属静态傅里叶光谱分光结构，在设计中根据光谱分辨率确定阵列MZI结构的最大长度差；根据探测光谱范围，确定相位延迟的步进量；结合光谱探测范围和分辨率，确定阵列波导的通道数。其中光谱探测分辨率表达式为：

光谱探测谱宽：

其中λ₀为可分辨光谱范围的中心波长；n_eff为波导有效折射率；N为MZI阵列数；ΔL_min为MZI两臂最小长度差。

为实现大光谱范围、高光谱分辨率设计，必须增加MZI阵列数量，从而增加了工艺难度。为了降低加工工艺难度，本发明采用热光调相技术，在阵列中每个MZI的一臂引入热光可调单元，改变各阵列单元MZI结构中两臂的光程差，获得不同光程差下的输出光功率，参见图6，示出了硅基热光调相阵列波导单元放大框架图。引入热光调相前的最小光程差为ΔL_min，每个输出端口的输出功率为P_out(l_i)，引入热调后MZI干涉仪之间的最小光程差改变为ΔL_min+ΔL₀，热调后的输出功率为P_out(l_i+iΔL₀)。此时将改变波数σ₀，进而改变可分辨光谱范围的中心波长λ₀，从而实现了更加精细的光谱探测，可对重点光谱区域进行更加精细的光谱探测。将探测器线阵采集到的数据进行Fourier变化，反演得到信号光谱信息。

片上集成线阵探测器24，用于将所述热光调相MZI阵列波导输出的光信号进行光电转换输出电信号。

对于线阵探测器24的片上集成，采用异质或异构集成的方法，实现光探测器与分光模块的片上集成。其中，异构的方法是将符合探测要求的Ⅲ-Ⅴ族材料通过键合与分光器件进行耦合，然后再做器件工艺，或者将已经做好的探测器芯片与分光器件直接进行键合；异质的方法通常是直接在器件表面选定区域外延生长一层Ge材料或者Ⅲ-Ⅴ族材料，然后再做器件工艺。

对于异质或异构集成，在探测器与波导耦合时，主要采用端面耦合或者倏逝波耦合，并充分考虑两种耦合方式的耦合效率，工艺对准难度，以及对于暗电流的影响等。

光谱数据处理模块3，用于将输出电信号复原为目标的光谱信息。参见图7，示出了根据本发明具体实施例的光谱数据处理模块图。所述光谱数据处理模块与热光调相MZI阵列波导相匹配，根据热调相变化实时处理信号光谱信息，具体的，通过控制电路对热光调相的控制，实现目标光谱范围内的超光谱探测。包括：

噪声去除模块31，用于滤除光谱探测微***中的本底噪声信号，主要包括探测器无光照输入时的暗电流输出，和由于背景光等引起的噪声，这些干扰噪声主要表现为在干涉信号上产生的毛刺所造成的复原光谱中的波动起伏；探测器的非线性响应导致的复原光谱幅度的非线性等。上述误差有些是仪器本身固有的，随时间发生缓慢的变化，利用仪器建模和对仪器函数的分析，可以在一定程度上修正，例如探测器的非线性，仪器线性函数等，还有一些误差是随机出现的，但是根据其特点可以通过仪器获得的实时干涉图信号来检测和校正，例如毛刺和相位误差的校正。

平场校正模块32，用于对光探测器定标得到光探测器不同像元的响应系数，补偿由其不均匀性引起的信号误差；

ADC切趾模块33，用于进行切趾运算来恢复真实光谱信号，提高信噪比。切趾主要是针对由于探测器带宽限制，不能得到全部的干涉信号，对探测器采集到的干涉信号在有限带宽内积分反演得到的光谱数据为真实光谱信息与探测器响应函数的卷积，一般表示为矩形窗函数，利用切趾能够恢复真实光谱信号，提高信噪比。

光谱数据反演模块34，用于进行光谱数据反演，得到初步光谱信息。

光谱辐射定标模块35，用于对光谱进行辐射定标，对反演出得到的光谱信息进行校正，输出光谱信息。

反演和定标主要是针对光学***、波导、探测器等对于不同波长的响应不恒定。

本发明的可选的替换：

在本发明中，在光收集中优选采用光学透镜组，但是也可以采用传统透镜，优点在于技术较为成熟，但缺点为体积大，重量大。

在波导光开关阵列22优选采用载流子开关，但是也可以采用热光开关，优势在于技术成熟，缺陷在于开关速度慢；或者采用电吸收光开关，优势在于消光比大，缺陷在于波长和偏振依赖性强。

在超高分辨光谱细分模块优选采用热光调相MZI阵列，但也可以采用载流子色散效应调相，优势在于调制速度快，与偏振无关，但缺陷在于损耗大。

在基于级联MZI滤波器的宽光谱预分光模块中，波导优选为氮化硅材料，但还可选用聚合物材料，Ⅲ-Ⅴ族材料等，并且掺杂多种材料实现波导低损耗传输和特定光谱段滤波效果。

因此，本发明具有如下优点

(1)本发明提出基于硅光集成技术的芯片级超分辨光谱探测微***架构，将波导级联宽带光谱滤波器、平面波导MZI阵列分光模块和探测器集成在同一基底上，相比传统超光谱探测***大大缩小体积、重量和功耗，无需扫描模块，可提升***的稳定性，实现芯片级的超光谱探测。

(2)本发明采用宽带光谱预分光和波导MZI阵列光谱精细分光的级联体系架构，可实现大光谱探测范围和更高光谱分辨率光谱探测，并具有较好的谱段拓展性。

(3)本发明在波导阵列MZI光谱分光的基础上，提出使用热光调相技术对每一个MZI光程差进行调整，进而实现目标光谱范围内的超高光谱分辨率探测，在不增加MZI阵列数量的前提下，可获得不同光程差下的输出光功率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (10)

1.一种超光谱探测微***，包括：

光收集耦合模块，用于收集目标的辐射光信息，并耦合至波导分光芯片；

波导分光芯片，用于将收集到的辐射光滤波后，利用MZI阵列进行光谱分光并经光电转换后输出电信号；

光谱数据处理模块，用于将输出电信号复原为目标的光谱信息。

2.根据权利要求1所述的超光谱探测微***，其特征在于：

所述光收集耦合模块具体包括：

光学透镜组，镀有增透抗反和滤波膜层，用于接收目标谱段的辐射光，并得到具有输入光谱带宽的辐射光；

传输光纤，用于作为中间级提高辐射光进入光波导的光耦合效率；

侧向锥型模式匹配器，用于将辐射光从所述传输光纤耦合进入所述波导分光芯片。

3.根据权利要求2所述的超光谱探测微***，其特征在于：

在所述光收集耦合模块中，空间中辐射光与传输光纤的耦合效率表示为：

其中a为光学透镜组的直径与光纤模场反向传播到光学透镜前的场的直径之比；

A_R、A_C分别为光学透镜组的耦合镜面积与散斑面积；

x₁、x₂为光场入射到光学透镜上的光斑尺寸，分别为主轴及其垂直方向的光斑大小。

4.根据权利要求1所述的超光谱探测微***，其特征在于：

所述波导分光芯片具体包括：

级联MZI波导滤波器、波导光开关阵列、热光调相MZI阵列、片上集成线阵探测器。

其中，级联MZI波导滤波，用于将所述输入光谱带宽分为n个光通道，每个光通道具有一定的光通道带宽；

波导光开关阵列，用于将n个光通道进行n×1选通；

热光调相MZI阵列，用于将所选通的光通道进行空间傅里叶分光，并通过热光调相实现光谱微调；

片上集成线阵探测器，用于将所述热光调相MZI阵列波导输出的光信号进行光电转换输出电信号。

5.根据权利要求4所述的超光谱探测微***，其特征在于：

所述级联MZI波导滤波器将500nm的输入光谱带宽分为4个125nm带宽的光通道。

6.根据权利要求4所述的超光谱探测微***，其特征在于：

所述波导光开关阵列基于硅光子集成技术，采用载流子注入MMI(MultimodeInterference)，通过改变注入载流子浓度，改变材料的吸收系数，从而依次实现多个不同中心波长光谱谱带的开关切换。

7.根据权利要求4所述的超光谱探测微***，其特征在于：

所述热光调相MZI阵列的光谱探测分辨率表达式为：

光谱探测谱宽：

其中λ₀为可分辨光谱范围的中心波长；n_eff为波导有效折射率；N为MZI阵列数；ΔL_min为MZI两臂最小长度差。

8.根据权利要求7所述的超光谱探测微***，其特征在于：

所述热光调相MZI阵列引入热光调相前的最小光程差为ΔL_min，每个输出端口的输出功率为P_out(l_i)，引入热调后MZI干涉仪之间的最小光程差改变为ΔL_min+ΔL₀，热调后的输出功率为P_out(l_i+iΔL₀)，从而改变波数σ₀，进而改变可分辨光谱范围的中心波长λ₀，实现了更加精细的光谱探测。

9.根据权利要求4所述的超光谱探测微***，其特征在于：

所述片上集成线阵探测器，采用异质或异构集成的方法实现片上集成。

10.根据权利要求1所述的超光谱探测微***，其特征在于：

所述光谱数据处理模块，具体包括：

噪声去除模块，用于滤除光谱探测微***中的本底噪声信号；

平场校正模，用于对光探测器定标得到光探测器不同像元的响应系数，补偿由其不均匀性引起的信号误差；

ADC切趾模块，用于进行切趾运算来恢复真实光谱信号，提高信噪比；

光谱数据反演模块，用于进行光谱数据反演，得到初步光谱信息。

光谱辐射定标模块，用于对光谱进行辐射定标，对反演出得到的光谱信息进行校正，输出光谱信息。