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大气红外辐射探测仪（以下简称红外探测仪）是气象卫星的重要载荷[1−5]， 它可以为大气做“超级CT”，通过将大气从地面开始“切片”，可以实现对大气温度、湿度的三维空间探测，是发展中长期气象预测不可缺少的工具。例如美国NOAA-2卫星上的VTPR，TIROS-N卫星上的 HIRS-2，NOAA-17卫星上的HIRS-3，以及欧洲的METOP和我国FY-3系列卫星等都装备了这种仪器。
红外探测仪的探测能力和精度主要取决于光谱测量的通道数[6−7]。中国科学院上海技术物理研究所是我国红外探测仪的主要承研单位，其研发的ATPS-I型探测仪包括了9个光谱通道数[8]，其中7个被设置在13~15 μm波段，用以探测大气温度轮廓；其后，ASIS-II型又将光谱通道扩展至20个，除温度、湿度外，该探测器还可用于测量云高、云量等信息[9]。另一方面，除光谱特征外，偏振特性也是影响大气遥感精度的重要方面[10−11]。由于来自大气、地物和水体的辐射都具有明显的偏振特征，同时大气的散射过程也伴随着偏振的变化，若能有效探测并利用这些偏振信息，将偏振光谱探测结合，非常有助于目标信息的反演，信息获取量将会增大数个量级，偏振探测是提高红外探测仪测量丰度和精度的重要手段。
目前国内外红外探测仪所采用的主流技术路线，均是利用光学薄膜设计窄带滤光片，再将所有滤光片安装在一个滤光轮上，借助调制器旋转轮片依次采集各通道的光谱信号 [8-9,12]。但这种分时采集的工作方式不仅监测频率低、时间分辨率差，更重要的是滤光轮组件会导致系统的体积增加，且通道数越多，体积增加就越严重，也因此限制了红外探测仪的通道数量。而且滤光轮还具有较强的背景辐射，实际中为确保探测灵敏度还需要对其制冷[13]，进一步造成了卫星功耗的增加[14]。而在偏振探测方面，主要也是通过旋转偏振片轮的方式来实现[15]，该方案同样存在上述的局限性。尽管这种分时的信息采集方式在特定应用场景（如载荷条件有限等）下可能更经济实用，但是对于更多偏振遥感应用来说，数据的实时性更加重要，因为在获取偏振信息时，通常检测的就是辐射量较小的差别，因此这种扫描的方式会给偏振测量带来更大误差[16]。在此基础上，为了实现红外探测仪光谱、偏振同时探测，如果采用同时设置滤光片轮和偏振片轮的方式，则必然导致系统的体积质量和功耗进一步地增加。
有鉴于此，发展片上集成式偏振光谱成像器件是解决上述问题的有效方案，它是将滤光片和偏振片直接与探测器像元集成在一起，构成像素级的光谱偏振通道阵列。实现片上的光谱和偏振选择其关键是实现像素级的偏振滤波阵列，已有研究主要采用薄膜谐振腔或微结构共振的阵列化方案，利用不同的微纳结构如法布里珀罗（Fabry-Pérot, FP）腔[17−18]、导模共振（guided-mode resonance，GMR）光栅[19−20]、等离激元微腔[21]、波导结构[22]等对光谱或偏振态的特定响应实现相关信息的探测，然而，目前二者都无法兼顾光谱和偏振选择的要求。
文中提出了一种基于薄膜微结构的片上集成式偏振光谱成像器件，将亚波长光栅宽带反射器和多层高反膜进行了组合，产生了一种全新的设计。该结构借鉴了光学TAMM态[23−25]（optical TAMM state, OTS）的设计理念，通过在多层膜和微结构交界面构建相位和振幅的匹配条件，从而利用两者的耦合激发出具有偏振选择特性的窄带透射峰。同时，仅需改变微结构的横向参数，即可在不同波长处实现多通道的偏振滤波，从而可以实现片上集成式光谱成像。文中以13 μm附近的大气红外的6个通道为例，进行了理论设计与模拟仿真，并得到了较好的计算结果，同时，由于该器件对基底折射率并不敏感，基底的选择也会更加灵活。
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提出了一种片上集成式的偏振光谱成像器件，通过将偏振敏感的一维（one-dimensional, 1-D）亚波长光栅和偏振不敏感的多层高反膜进行结合，构建出类似于FP腔的结构，利用两者耦合产生的共振激发实现了偏振选择的窄带滤波。这种片上集成式偏振光谱成像器件的示意图如图1(a)所示：不同颜色的光栅所对应的区域可以实现不同波长的选择，而光栅角度的旋转则可以实现不同的偏振选择，如0°、45°、90°、135°4个线偏振态。四组光栅结构覆盖了探测器的一个像元，而若干像元最终实现了偏振光谱成像功能。由于各区域中结构的纵向参数均保持不变，因此，这些不同通道的偏振滤波器件在制备时，无需增加套刻等多步迭代工艺，从而可以实现片上集成。具体到各个通道来看，其结构示意图如图1(b)所示：上方的1-D光栅与下方的多层膜构成了两个独立的宽带高反体系，多层膜中的首层薄膜同时充当间隔层的作用，可用于实现相位调控。其下方则由λ/4n的ZnS和PbTe薄膜交替组成，间隔层、1-D光栅和基板的材料则均选用了ZnS。ZnS和PbTe为常见的红外镀膜材料，它们在长波红外均具有极小的吸收，其折射率分别为2.3和5.5。
图 1 (a) 集成式偏振光谱成像器件的示意图；(b) 单个通道的结构示意图
Figure 1. (a) Schematic diagram of the integrated polarization spectral imaging device; (b) Structural schematic diagram of a single channel
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有别于传统意义的FP腔结构设计，文中提出的偏振光谱成像器件借鉴了光学隧穿器件的设计理念。光学隧穿[26−27]类比于量子隧穿，通常指光子突破光学带隙的势垒，穿透全反射界面产生透射的一种现象。光学隧穿器件中常见的一种机制是基于光子晶体异质结或金属-光子晶体两种结构的光学TAMM态（optical TAMM state, OTS）。这是一种表面波，会在高反体系分界面产生指数衰减的倏逝场，并在光谱中表现出高效率的窄带透射或吸收峰。OTS的形成无需特别引入共振腔，只需要两个高反体系分界面两侧的反射相位相互抵消即可，即同时满足振幅与相位的匹配。
基于OTS的光学隧穿器件通常利用薄膜层厚度的调控实现波长选择，这在多通道集成加工中是不利的；此外，由于均匀薄膜在正入射时对不同偏振态具有相同的响应，因此也缺失了偏振选择功能。为了解决这两个问题，对既有的OTS器件进行了改进，利用偏振敏感的1-D亚波长光栅替代了上层的高反射膜堆或金属薄膜，通过光栅横向参数的调节来实现不同通道的振幅和相位匹配。这种薄膜微结构耦合的新构型在工作机理上与传统OTS和FP腔器件均有所不同，这点会在下文中给出分析。对于具体的器件设计，参照了图2中的流程展开了研究。
图 2 集成式偏振光谱成像器件的设计流程图
Figure 2. Design flowchart of integrated polarization spectral imaging device
1）利用粒子群优化算法设计一个偏振敏感的宽带高反器件。以大气红外窗口的13 μm作为中心波长，设计了对TE偏振（即电场方向平行于光栅刻槽方向）敏感的宽带高反微结构。为了实现器件的简单化，微结构选用单层1-D亚波长ZnS光栅，优化变量为光栅高度Dg、光栅周期P和占空比F，入射和出射介质均为空气，TE偏振的垂直平面光作为入射光源。经过优化得到的宽带高反的光谱图如图3(a)所示。可以发现：该结构可以在12.5~15.5 μm内具有超过90%的反射率，且在13 μm附近达到峰值约99%[28]。亚波长光栅的结构参数分别为：P=12.44 μm，F=0.19，Dg=4.5 μm。
2）设计一个宽带高反的多层膜堆。为了实现振幅（即反射率）匹配，膜堆采用了3对ZnS和PbTe薄膜交替组成的λ/4n的标准高反膜，为了与光栅的宽带高反范围（12.5~15.5 μm）匹配，膜堆的中心波长选为14 μm，最外层薄膜材料为低折射率的ZnS，其厚度为Dspacer，得到的多层膜的宽带高反的光谱图如图3(b)所示，在13 μm处的反射率约为95%。
3）通过调控间隔层的厚度，实现上下高反体系的相位匹配。以间隔层上表面与光栅层下表面作为分界面，首先计算出光栅在13 μm处的反射相位为1.23。由于高反膜的反射相位可以通过最外层厚度进行调控，且在调控时几乎不影响反射率。因此，扫描了高反膜在13 μm处随Dspacer变化的反射相位，其结果如图3(c)所示。可以发现：当Dspacer=3.698 μm时，得到的高反膜反射相位为−1.23，与光栅层反射相位抵消，实现了完美匹配。因此，间隔层的厚度被确定为3.698 μm，此时高反膜光谱保持不变，整个反射宽带的反射相位在（−π，π）间连续变化。通过振幅和相位的匹配，满足了光学隧穿产生的必要条件，并确立了最终的结构参数，该器件获得的透射光谱如图3(d)所示。
图 3 (a) 1-D光栅在13 μm处的反射光谱；(b) 多层高反膜的反射光谱；(c) 多层高反膜在13 μm处随Dspacer变化的反射相位；(d) 偏振光谱成像器件在13 μm处的透射光谱
Figure 3. (a) The reflection spectrum of 1-D grating at 13 μm; (b) The reflection spectrum of multi-layer high reflection films; (c) The reflection phase spectrum of multi-layer high reflection films at 13 μm with the change of Dspacer; (d) The transmission spectrum of polarization spectral imaging device at 13 μm
4）通过参数扫描实现多通道的设计，从而应用于片上集成式偏振光谱成像。首先计算了1-D光栅在变化P时的反射率谱和变化F时的反射相位谱，如图4(a)和4(b)所示。可以发现：当P在一定范围内发生改变时，波段范围内的宽带高反仍能得以维持，而变化F时各波长的反射相位也均可在（−π，π）间连续变化。由此可以推论：合适的横向参数组合可以在不同通道同时满足振幅和相位匹配。选取了12~14.5 μm （0.5 μm为间隔）的6个通道作为演示展开了参数扫描，并得到了获得最高透过率时的P与F的最佳组合。
图 4 1-D光栅结构。(a) 变化P时的反射率光谱；(b) 变化F时的反射相位谱
Figure 4. 1-D grating structure. (a) Reflectance spectra with the change of P; (b) Reflection phase spectra with the change of F
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为了理解这种片上集成式光谱成像器件的物理机制，以13 μm的波段为例，计算了其电场分布，如图5所示。可以发现：与FP共振类似，下方的多层高反膜中几乎没有出现明显的电场增强的现象；光栅层中则出现了类似GMR的强局域的电场增强；而间隔层中的场分布虽然与FP共振相似，但是受到了光栅层中强局域的电场的影响，产生了一些波动，不再呈现出均匀分布的特征。因此，可以这样理解窄带透射峰的物理机制：1-D光栅和多层高反膜构成了一种类FP腔结构，该结构在满足振幅与相位匹配时会出现光学隧穿现象，从而激发透射峰。而微结构的引入导致了电场既无法完全局域于间隔层中，也无法像OTS一样以倏逝场的形式分布在分界面上，这种特殊的场分布情况表明了透射峰是上层光栅所激发的GMR与间隔层中的类FP共振共同耦合后的结果。
图 5 偏振光谱成像器件在13 μm处的电场分布
Figure 5. The electric field distribution of polarization spectral imaging device at 13 μm
对设计的大气红外的6个通道的透射光谱进行了计算，结果如图6所示。可以发现：各通道在满足高透射率的同时保持了非常低平的截止带（平均低于5%），6个通道的平均透过率和消光比分别达到了94%和30。各通道透射峰的具体光谱信息如透过率、线宽、消光比等和对应的结构参数参见表1。需要注意的是，图中TM偏振（即电场方向垂直于光栅刻槽方向）下，各通道均具有较低的透过率和较高的消光比，这一点凸显了该器件具有的偏振选择特性。
图 6 偏振光谱成像器件各通道在不同偏振下的透射光谱图
Figure 6. Transmission spectra of various channels of polarization spectral imaging devices under different polarizations
表 1 偏振光谱成像器件各通道对应的结构参数与光谱性能
Table 1. Structural parameters and spectral performance of polarization spectral imaging devices corresponding to each channel
Parameters and performance Channel/μm 12 12.5 13 13.5 14 14.5 Structural
parametersP/μm 10.52 11.1 12.44 12.86 11.6 11.27 F 0.12 0.18 0.19 0.29 0.57 0.66 Spectral
performanceLinewidth/nm 52 40 23 22 23 19 Peak transmittance TE 95.22% 97.43% 99.02% 96.59% 95.80% 80.89% TM 8.31% 7.06% 3.37% 2.20% 1.94% 2.25% Extinction ratio 11.46 13.80 29.38 43.90 49.38 35.95 从上述的设计结果可以发现：通过满足OTS的两个必要匹配条件，可以在一定范围内得到高透过率与消光比的片上集成式偏振光谱成像器件。然而，由于1-D光栅的横向参数所具有的调控自由度较少，且其提供的反射带宽也相对较窄，因此该器件的调控范围和调控能力还比较有限。如在14.5 μm处，由于相位和振幅的匹配情况不佳，尤其是此通道下的光栅层反射率已下降至70%以下，因此造成了透过率的明显下降（接近80%，远低于13 μm通道的99%）；而短波处，TM偏振光谱中的透过率起伏则会导致短波处的消光比减小。此外，各通道的线宽调控机制，目前还不是非常清楚，如何使各通道线宽均匀分布，也是未来需要解决的重要问题。尽管如此，该工作依然为集成式偏振光谱成像器件的设计提供了新思路，随着上层微结构的复杂化例如引入拓扑超光栅、超表面[29−30]等，以及加强对多层高反膜的优化，未来有望实现更大的反射带宽和更强的相位调控能力，进而增强该器件的性能并增加其调控范围。
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对于提出的片上集成式偏振光谱成像器件，由于PbTe薄膜在镀膜过程会产生有毒有害物质，而ZnS光栅的制备则需要利用H2刻蚀，该物质的管控较为严格，受限于种种实验条件还不完备，因此尚未在实验上得以验证。然而，通过文献调研[31]，初步确立了该器件的制备方案，并对其各步骤中的可行性及制备难点进行了分析，以便于未来更好地展开实验验证工作。具体内容如图7所示，主要包含了旋涂光刻胶、激光直写图形化、反应离子束刻蚀SiO2硬掩模、SiO2图形转移、SiO2掩模刻蚀ZnS、ZnS图形转移等步骤。而对于器件的最终应用，总体思路是在单片ZnS 衬底上同时加工出不同通道的薄膜微结构阵列，再将其对准集成在图像传感器前端。具体来说，可分为以下3步：
图 7 偏振光谱成像器件的制备流程图
Figure 7. Farbrication process diagram of polarization spectrum imaging device
1）采用热阻蒸发技术制备PbTe/ZnS多层膜。可以利用光学监控法控制膜厚，通过分析制备薄膜样品的光谱曲线，逆向拟合获得实际膜厚和沉积误差，再修正镀膜参数补偿误差，提高薄膜制备准确性。在镀膜过程中，可以利用红外光谱仪和X射线光电子能谱分析研究沉积温度、压强和蒸发速率等工艺对薄膜化学计量和碳氢化合物污染程度的影响，降低薄膜的吸收。以光学显微镜、原子力显微镜、扫描电子显微镜等检测手段为辅助，优化工艺参数，提高薄膜的均匀性、机械性能稳定性；
2）由于长波红外微结构的特征尺寸较大，通常都在μm量级，因此可采用激光直写和反应离子束刻蚀技术制备ZnS微结构。主要存在两方面技术难点：一是由于光刻胶与ZnS的刻蚀选择比不高，导致大深度的ZnS结构刻蚀通常需要很厚的掩膜，常规的光刻胶掩膜方法难以满足要求。将采用二次图形转移的方法解决此问题：在光刻胶和ZnS中间增加一层足够厚的SiO2，在激光直写对光刻胶图形化后，先对SiO2刻蚀做图形转移，再以SiO2结构为掩膜刻蚀ZnS结构做二次图形转移并刻蚀去除SiO2，获得大深度的ZnS微结构；二是如何获得表面光滑的ZnS微结构，ZnS刻蚀常以H2和CH4作为化学刻蚀气体，Ar作为辅助气体，将借助原子力显微镜和扫描电子显微镜等检测手段，具体研究刻蚀气体比例、气体总流量、偏压功率、压强等参数对ZnS微结构的刻蚀速率、形貌和粗糙度的影响，严格控制各工艺环节，提升结构形貌，降低粗糙度；
3）利用光谱仪对薄膜微结构阵列各通道的光谱进行测试和表征，最后将器件通过紫外固化胶集成在图像传感器前端。共聚焦显微光谱仪可以实现微区光谱测试，然而在长波红外区域，是否有适配的测试系统尚不明确。替代的方案是采用主流的红外傅里叶变换光谱仪实现光谱表征，这对器件的尺寸和制备均匀性提出了更高的要求。而在器件集成过程中，可以使用其中某一通道的窄带光照射，通过观察各像元信号分布情况来判断光谱通道与像元的空间位置是否对准。关于器件与传感器的对准与封装，仍需更深入的调研与探索。除此之外，在实际的红外探测中，环境因素的影响也尤为重要，尤其是长波红外波段光电探测器工作温度一般在液氮温区，因此，超低温对于材料的折射率等光学参数、膜层厚度等物理参数的影响也不可忽视，这些在未来的实验与测试中必须仔细考虑。由于文中主要侧重于新的设计理念与方法，故相关内容将不再赘述。
这种基于多共振耦合的偏振光谱成像器件，由于在物理机制上的普适性，因此，可以通过缩放结构尺寸实现工作波段的选择。如在3~5 μm波段，由于光栅材料可以直接沿用ZnS，因此可以采用相同的制备方案；而在近红外波段，则可对Si基材料的多层膜和光栅结构进行加工。不同于传统的GMR和FP共振器件，由于相位与振幅的匹配几乎不会受基底影响，因此，该器件对基底折射率并不敏感，基底的选择也会更加自由，如锗、氟化物等红外透明材料。
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新一代大气红外探测仪亟待向小型化、集成化、光谱偏振多维度探测的方向发展，这对片上集成式偏振光谱成像器件的设计和实现都提出了全新的挑战。提出了基于薄膜微结构耦合的设计新思路。将偏振敏感的1-D GMR微结构和偏振不敏感的多层高反膜进行了组合，提出了一种类似于FP腔的偏振滤波器件。该器件受到了光学隧穿器件中OTS的启发，通过在多层膜和微结构交界面构建相位和振幅的匹配条件，激发出偏振选择的窄带透射峰，并通过横向参数的调控，实现多通道的集成，从而最终应用于片上集成式偏振光谱成像。以大气红外波段为例，对6个通道进行了设计，得到了平均超过94%的透过率和30的消光比。以外，也对器件的物理机制、制备方案等进行了研究与探索。
这种新的设计思路为片上集成式光谱成像器件打开了新的大门。随着制备工艺的提高以及结构的进一步优化，有望获得更好的性能，并成功应用于偏振光谱成像领域之中。此外，近年来一些低维红外探测材料比如GaSb纳米线也展现出优异的红外探测性能，且得益于其维度优势可以实现偏振红外光的探测。为具有偏振选择特性的红外探测材料赋予光谱选择功能，也将会是未来的一个研究新思路。
On-chip integrated polarization spectral imaging device for atmospheric infrared band
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摘要: 红外探测与遥感是气象观测的核心技术，红外辐射探测仪作为气象卫星的重要载荷，主要用于大气温度、湿度的定量化探测，其探测精度取决于光谱和偏振测量的通道数。常见的技术方案是通过组合滤光片与偏振片转轮实现光谱和偏振的探测，这造成了系统体积大、功耗高、通道数少的问题。发展片上集成式偏振光谱成像器件是解决上述问题的有效方法，已有研究主要采用薄膜谐振腔或共振微结构的阵列化方案，但二者都无法兼顾光谱和偏振选择的要求。有鉴于此，提出了一种基于薄膜微结构耦合调控的设计新思路，以13 μm附近的大气红外波段为例，实现了片上集成式的偏振光谱成像，6个通道的平均透过率和消光比分别达到了94%和30。该器件有望在将来被广泛应用于偏振光谱成像领域中，同时，由于该器件对基底折射率并不敏感，基底的选择也会更加自由。Abstract:
Objective Infrared detection and remote sensing are the core technologies of meteorological observation. As an important payload of meteorological satellites, infrared radiation detectors are mainly used for quantitative detection of atmospheric temperature and humidity. Their detection accuracy depends on the number of spectral and polarization measurement channels. The common technical solution is to achieve spectral and polarization detection by combining filters and polarizer wheels, which leads to problems such as large system volume, high power consumption, and few channels. The development of on-chip integrated polarization spectral imaging devices is an effective method to solve the above problems. Previous studies have mainly used arraying schemes of thin film resonant cavities or resonant microstructures, but both cannot meet the requirements of spectrum and polarization selection. To solve these problems, this article proposes a new design approach based on coupling regulation of thin film microstructures, which can provide an on-chip integrated polarization spectral imaging device. Methods An on-chip integrated polarization spectral imaging device based on thin film microstructure, which combines a subwavelength grating broadband reflector and a multi-layer high reflection film is built in this paper (Fig.1). By constructing matching conditions for phase and amplitude at the interface between multilayer films and microstructures, narrow band transmission peaks with polarization selective characteristics can be excited through the coupling of them (Fig.2). Specifically, firstly one can design a broadband high reflectivity microstructure with a central wavelength of λ0, then design a high reflection film stack centered on λ0, with the outermost layer being a low refractive index interlayer, next adjust the appropriate spacing layer thickness Dspacer to make a narrow band transmission peak appears near the center λ0, last scan the transmission spectrum with changes in scanning period and duty cycle, find the parameter combination corresponding to the peak, and achieve multi-channel design (Fig.3). Meanwhile, by changing the lateral parameters of the microstructure, multi-channel polarization filtering can be achieved at different wavelengths, thus enabling on-chip integrated spectral imaging (Fig.4). Results and Discussions Taking the atmospheric infrared band around 13 μm as an example, an on-chip integrated polarization spectral imaging device with 6 channels is designed, the average transmittance of them is over 94% and the extinction ratio is about 30 (Fig.6 , Tab.1). In addition, research and exploration on the physical mechanisms (Fig.5) and fabrication schemes of the devices (Fig.7) are also conducted. Meanwhile, as the device is not sensitive to the refractive index of the substrate, the selection of the substrate could also be more flexible. This new design approach has opened up new doors for on-chip integrated spectral imaging devices. With the improvement of fabrication technology and further optimization of structure, it is expected to achieve better performance and be successfully applied in the field of polarization spectral imaging. In addition, in recent years, some low dimensional infrared detection materials such as GaSb nanowires have also shown excellent infrared detection performance, and due to their dimensional advantages, they can achieve the detection of polarized infrared light. Assigning spectral selection function to infrared detection materials with polarization selective properties will also be a new research approach in the future. -
图 1 (a) 集成式偏振光谱成像器件的示意图；(b) 单个通道的结构示意图
Figure 1. (a) Schematic diagram of the integrated polarization spectral imaging device; (b) Structural schematic diagram of a single channel
图 2 集成式偏振光谱成像器件的设计流程图
Figure 2. Design flowchart of integrated polarization spectral imaging device
图 3 (a) 1-D光栅在13 μm处的反射光谱；(b) 多层高反膜的反射光谱；(c) 多层高反膜在13 μm处随Dspacer变化的反射相位；(d) 偏振光谱成像器件在13 μm处的透射光谱
Figure 3. (a) The reflection spectrum of 1-D grating at 13 μm; (b) The reflection spectrum of multi-layer high reflection films; (c) The reflection phase spectrum of multi-layer high reflection films at 13 μm with the change of Dspacer; (d) The transmission spectrum of polarization spectral imaging device at 13 μm
图 4 1-D光栅结构。(a) 变化P时的反射率光谱；(b) 变化F时的反射相位谱
Figure 4. 1-D grating structure. (a) Reflectance spectra with the change of P; (b) Reflection phase spectra with the change of F
图 5 偏振光谱成像器件在13 μm处的电场分布
Figure 5. The electric field distribution of polarization spectral imaging device at 13 μm
图 6 偏振光谱成像器件各通道在不同偏振下的透射光谱图
Figure 6. Transmission spectra of various channels of polarization spectral imaging devices under different polarizations
图 7 偏振光谱成像器件的制备流程图
Figure 7. Farbrication process diagram of polarization spectrum imaging device
表 1 偏振光谱成像器件各通道对应的结构参数与光谱性能
Table 1. Structural parameters and spectral performance of polarization spectral imaging devices corresponding to each channel
Parameters and performance Channel/μm 12 12.5 13 13.5 14 14.5 Structural
parametersP/μm 10.52 11.1 12.44 12.86 11.6 11.27 F 0.12 0.18 0.19 0.29 0.57 0.66 Spectral
performanceLinewidth/nm 52 40 23 22 23 19 Peak transmittance TE 95.22% 97.43% 99.02% 96.59% 95.80% 80.89% TM 8.31% 7.06% 3.37% 2.20% 1.94% 2.25% Extinction ratio 11.46 13.80 29.38 43.90 49.38 35.95 
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[1] Smith W L, Hilleary D T, Fischer J C, et al. Nimbus-5 ITPR experiment [J]. Appl Opt, 1974, 13(3): 499. doi: 10.1364/AO.13.000499 [2] Chalfant M W, Allegrino A S. Advanced TOVS (ATOVS) experimental cloud products using HIRS/3 and AMSU-A measurements [C]//Technical Proceedings of the 11th International TOVS Study Conference, Budapest, Hungary, 2000: 20-26. [3] Chen R, Gao C, Wu X, et al. Application of FY-4 atmospheric vertical sounder in weather forecast [J]. Journal of Infrared and Millimeter Wave, 2019, 38(3): 285-289. (in Chinese) [4] Tu H, Li H, Liu Q, et al. Estimation and evaluation of the land surface temperature from FengYun-3 series satellite data in northwest China [C]//2021 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium IGARSS, IEEE, 2021: 3729-3732. [5] Zhou X, Ni X, Zhang J, et al. A novel detection performance modular evaluation metric of space-based infrared system [J]. Optical and Quantum Electronics, 2022, 54(5): 274. doi: 10.1007/s11082-022-03622-x [6] Rodgers C D. Retrieval of atmospheric temperature and composition from remote measurements of thermal radiation [J]. Reviews of Geophysics, 1976, 14(4): 609-624. doi: 10.1029/RG014i004p00609 [7] Takizawa R, Kasai K, Kawakubo Y, et al. Reduced frontopolar activation during verbal fluency task in schizophrenia: a multi-channel near-infrared spectroscopy study [J]. Schizophrenia Research, 2008, 99(1-3): 250-262. doi: 10.1016/j.schres.2007.10.025 [8] Wang M. Atmosphere temperature profile sounder, ATPS-I [J]. Chinese Journal of Infrared Research, 1987, 6(1): 15-20. (in Chinese) [9] Zhang Z, Wang M. Atmospheric sounding infrared spectroradiometer Type II [J]. Journal of Infrared and Millimeter Wave, 1992, 11(4): 265-270. (in Chinese) [10] Nolin A W. Recent advances in remote sensing of seasonal snow [J]. Journal of Glaciology, 2010, 56(200): 1141-1150. doi: 10.3189/002214311796406077 [11] Sun X, Qiao Y, Hong J. Review of research progress and related applications of visible and infrared polarization remote sensing technology [J]. Journal of Atmospheric and Environmental Optics, 2010, 5(3): 175-189. (in Chinese) [12] Xie K, Wang M, Yin D. Research progress of infrared spectrometer technology for atmospheric detection [J]. Infrared, 2003, (02): 33-36. (in Chinese) [13] Wang Q, Shen H, Liu W, et al. Design of compact mid-infrared cooled echelle spectrometer based on toroidal uniform-line-spaced (TULS) grating [J]. Sensors, 2022, 22(19): 7291. doi: 10.3390/s22197291 [14] Koenig E W. Performance of the HIRS/2 instrument on TIROS-N [J]. Remote Sensing of Atmospheres and Oceans , 1980: 67-91. [15] Deschamps P Y, Bréon F M, Leroy M, et al. The POLDER mission: Instrument characteristics and scientific objectives [J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1994, 32(3): 598-615. doi: 10.1109/36.297978 [16] Persons C M, Chenault D B, Jones M W, et al. Automated registration of polarimetric imagery using Fourier transform techniques [C]//Polarization Measurement, Analysis, and Applications V, SPIE, 2002, 4819: 107-117. [17] Saxe S, Sun L, Smith V, et al. Advances in miniaturized spectral sensors [C]//Next-Generation Spectroscopic Technologies XI, SPIE, 2018, 10657: 69-81. [18] Gonzalez P, Geelen B, Blanch C, et al. A CMOS-compatible, monolithically integrated snapshot-mosaic multispectral imager [J]. NIR News, 2015, 26(4): 6-11. doi: 10.1255/nirn.1531 [19] Mamun M A, Sayeed R M, Gigante M, et al. Dual-period guided-mode resonance filters for SWIR multi-spectral image sensors [J]. Optics Letters, 2021, 46(9): 2240-2243. doi: 10.1364/OL.424772 [20] Sayeed R M, Mamun M A, Avrutin V, et al. Pixel-scale miniaturization of guided mode resonance transmission filters in short wave infrared [J]. Optics Express, 2022, 30(8): 12204-12214. doi: 10.1364/OE.449628 [21] Li Zhifeng, Li Qian, Jing Youliang, et al. Plasmonic microcavity coupled high extinction ratio polarimetric long wavelength quantum well infrared photodetectors(Invited) [J]. Infrared and Laser Engineering, 2021, 50(1): 20211006. (in Chinese) doi: 10.3788/IRLA20211006 [22] Xia Lipeng, Liu Yuheng, Zhou Peiji, et al. Advances in mid-infrared integrated photonic sensing system (Invited) [J]. Infrared and Laser Engineering, 2022, 51(3): 20220104. (in Chinese) doi: 10.3788/IRLA20220104 [23] Goto T, Dorofeenko A V, Merzlikin A M, et al. Optical Tamm states in one-dimensional magnetophotonic structures [J]. Physical Review Letters, 2008, 101(11): 113902. doi: 10.1103/PhysRevLett.101.113902 [24] Treshin I V, Klimov V V, Melentiev P N, et al. Optical Tamm state and extraordinary light transmission through a nanoaperture [J]. Physical Review A, 2013, 88(2): 023832. doi: 10.1103/PhysRevA.88.023832 [25] Wu J, Wu F, Zhao T, et al. Dual-band nonreciprocal thermal radiation by coupling optical Tamm states in magnetophotonic multilayers [J]. International Journal of Thermal Sciences, 2022, 175: 107457. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2022.107457 [26] Zheng J, Han P, Chen Y. Study of surface states of single negative metamaterials [J]. Semiconductor Optoelectronics, 2013, 34(5): 815-819. (in Chinese) [27] Yan P. Research on Q-value enhancement of resonant cavity with resonant optical tunneling effect[D]. Taiyuan: Taiyuan University of Technology, 2021. (in Chinese) [28] Juha M K, Janne S, Kari L, et al. Broadband infrared mirror using guided-mode resonance in a subwavelength germanium grating [J]. Optics Letters, 2010, 35(15): 2564-2566. doi: 10.1364/OL.35.002564 [29] Jiang J, Sell D, Hoyer S, et al. Free-form diffractive metagrating design based on generative adversarial networks [J]. ACS nano, 2019, 13(8): 8872-8878. doi: 10.1021/acsnano.9b02371 [30] You J W, Lan Z, Ma Q, et al. Topological metasurface: From passive toward active and beyond [J]. Photonics Research, 2023, 11(3): B65-B102. doi: 10.1364/PRJ.471905 [31] Liu F, Jiao H, Zhang J, et al. High performance ZnS antireflection sub-wavelength structures with HfO2 protective film for infrared optical windows [J]. Optics Express, 2021, 29(20): 31058-31067. doi: 10.1364/OE.439405 -
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