三星高级技术研究所（Samsung Advanced Institute of Technology，简称SAIT）光子器件实验室的一个研究团队开发出了一款紧凑型超光谱图像传感器，并对其高光谱成像性能进行了验证。

        该研究团队将一种被称为超表面的亚波长纳米结构，集成到CMOS图像传感器顶部的带通滤波器阵列中。窄带通滤波的调谐手段是通过亚波长光栅结构，不再需要通过改变层的厚度来调谐，因此，所有信道都可以在一道光刻工艺中完成，从而简化了生产流程。同时，这种设计可以与CMOS工艺完美兼容。

        通过将超表面带通滤波器阵列集成到CMOS图像传感器上，不需要将光学器件和长光路进行精确对准，就可以生成高分辨率的高光谱图像。

超光谱图像传感器结构示意图

        研究人员先在CMOS图像传感器晶圆的底部介质反射器上沉淀了多层硅和二氧化硅，再利用电子束光刻对纳米阵列进行定义，接着使用电感耦合等离子体反应离子刻蚀形成纳米柱阵列，然后进行二氧化硅再次沉淀，来对纳米柱之间的空隙进行填充，随后采用化学机械抛光工艺对二氧化硅顶面进行平整。一个由硅和二氧化硅组成的多层膜就制作成功了。

        这就是超表面带通滤波器阵列的制作过程，整个制作都是采用了标准的洁净室工艺，包括干法蚀刻和等离子增强化学气相淀积。

        这款紧凑型超光谱图像传感器具有与相邻信道串扰低、光谱分辨率高和窄带通效率高等特点。研究人员利用该紧凑型超光谱图像传感器从波长混合图像中，获取了高光谱图像。

        研究人员对一个由15颗多波长LED组成的LED面板（三行五列）的光谱图像进行了拍摄，来检验这款紧凑型超光谱图像传感器的高光谱成像性能。LED面板中的每颗LED都可以发射多个波长的组合，每个波长的光会显示不同的大写字母：950nm的光显示T，850nm的光显示A，810nm的光显示I，770nm的光显示S。

        研究人员专门拍摄了一张所有LED都打开时的面板照片，结果图像中的字母全部都无法区分。如果将这个组合图像分成20个信道，可以区分字母S、A、I、T。因为810nm和850nm LED的带宽发射，在对应829.1nm的信道11的地方，字母A和I合在了一起。

        对于像信道12和信道13这样更长的波长，字母I变模糊，字母A变得更加清晰。这样就验证了这款超光谱图像传感器的良好的光谱成像性能。

        该超光谱图像传感器还能很好的兼容CMOS工艺，可以应用在各种便携式设备上，比如智能手机，而且可靠性非常好。随着研发的进一步深入，这款光谱图像传感器有可能在光谱成像领域大放异彩，未来被应用到食品检测、远程医疗和生物传感方面也是非常有可能的。