一种分辨力达12000的片上天体光子光谱仪

随着即将建成的极大望远镜（ELTs），相关光谱仪的体积、质量与成本将随望远镜口径放大。天体光子学以单模光纤馈入的片上衍射极限光谱仪形式为该问题提供了独特解决方案。这些高度微型化的芯片在光子的相干操控方面具有极大灵活性。此类光子光谱仪非常适于对直接成像行星（日冕仪后、由单模光纤收集）的光进行色散以表征系外行星大气。在此，我们展示一种基于阵列波导光栅（AWG）架构的概念验证高分辨天体光子光谱仪的结果。该芯片采用低损耗SiN平台（SiN芯层，SiO$_2$包层）与方形波导（800 nm $\times$ 800 nm）。该AWG实测分辨力（$\lambda/\delta\lambda$）约12000，自由光谱范围（FSR）为2.8 nm。尽管FSR较小，芯片在宽波段（1200 $-$ 1700 nm）工作。片上峰值透过率（不含耦合效率）约40%（-4 dB），总体透过率（含耦合损耗）在TE模式下约11%（-9.6 dB）。得益于高限制波导几何结构，芯片高度微型化，尺寸仅7.4 mm $\times$ 2 mm。该演示凸显了SiN平台在天体光子学中的效用，尤其是商业SiN代工厂制造适用于地基与天基望远镜的超小型、高分辨、高通量片上AWG光谱仪的能力。