孟 凡，柳 扬，王 欢，闫起材

石家庄铁道大学信息科学与技术学院，河北 石家庄 050043

引 言

近年来，波长探测作为科学技术中的一个基本工具，已被广泛应用于分析化学[1-2]、生物传感[3-4]、材料分析[5]以及光学通信[6-8]等众多领域，光谱分辨率、工作带宽和器件尺寸是衡量探测性能的三个重要指标。传统的波长计是通过色散组件分离到对应探测器位置[9-10]或不同谐振腔选择对应谐振分量[11-13]来进行波长标定，直接从空间通道即可得到对应的频谱分量。随着光学器件的高性能和集成化发展，基于模式干涉效应的高性能光谱计浮出水面[14-18]。该模式干涉来源于同一波长的多个传输模式间耦合效应，总强度图案是每个模式电磁场分布的矢量叠加和，传播常数差会随着传输距离增加逐渐积累，并产生以2π为周期的强弱分布。通过采用探测器收集波长依赖的干涉图案，得到每个波长唯一对应的指纹特征，最后将待测信号图案进行光谱重建实现光谱探测。这种机制通过引入更多模式(增加基模与高阶模传播常数差)来解决积累可探测相位差的问题，在提升探测性能的同时可以极大缩小器件的物理尺寸。Redding等[16]使用无序光子晶体中依赖于波长的散射干涉图案，在半径为25 μm尺寸实现了0.75 nm的分辨率和25 nm的工作带宽，探测指标不够理想。Paudel等[18]提出了基于片上集成马赫-曾德干涉仪的傅里叶变换光谱计，在达到140 MHz光谱分辨率和12 nm工作带宽的同时，需要繁琐的制备工艺。因此，在微纳器件中同时实现分辨率、工作带宽和探测效率优异的波长探测始终是人们追求的目标。……