光谱探测是获取物质光学信息的重要手段，是集分光、探测、信号处理于一体的综合性技术。光谱学及光谱分析技术已广泛应用于遥感勘探、质量检测、太空探索、环境监控等领域。而传统的光谱探测仪器体积较大、装置精密，限制了其应用场景。集成化、微型化的光谱探测仪器有着传统技术不具备的应用优势和广阔市场前景，也是光谱学的重要发展方向之一。在光谱探测系统中，分光器件使得探测器具有光谱识别的能力，光栅、棱镜等传统的分光方式虽然具有较高的光谱分辨率，但仪器体积庞大，且需要机械扫描。已上市的基于微光机电技术的小型光栅光谱仪、傅里叶光谱仪等虽然具有较小的体积，但其依然基于传统的分光方式，没有从原理上解决光谱分辨率和空间体积之间的矛盾。本文研究了基于FP腔分光结构的微型光谱探测技术，实现了集成化、微型化、低成本的光谱判读、多光谱探测和片上光谱仪技术。通过将基于FP微腔原理的分光器件集成化、一体化快速制备，将光谱探测系统缩小至芯片级。取得的主要研究成果概括如下：1. 对集成FP微腔分光结构设计及其快速制备工艺进行了研究。分析了微型化、集成化FP腔的分光方式及其设计方案。采用组合刻蚀工艺制备了可见波段48通道的多光谱集成分光器件。系统性研究了使用激光直写灰度光刻工艺制备高通道数量集成FP微腔的工艺方法，极大地提升了大面阵、高通道数量集成分光器件的工艺效率及器件成品率。2. 实现了一种基于图形化集成窄带分光器件的快速且精确的光谱判读方法。通过该光谱判读装置，可以用肉眼精确地识别入射光的波长信息。制备了8通道的集成化光谱判读器进行实验验证，结果表明，其光谱分辨率优于7 nm，结合探测器相机可以通过肉眼可以快速、准确地识别单色光的波长或宽带光源入射光的光谱范围，并且可以进一步将光谱分辨率提高至1 nm。这种稳定可靠的光谱判读器件可以长久保持器件滤波波长稳定性，无需任何其他精密仪器就能精确地直读光谱信息，极大简化了光波长的识别、光谱标定过程。可应用于光源的高通量识别和物质检测等相关领域.3. 实现了一种片上集成窄带FP微腔分光结构与InGaAs探测器焦平面的短波红外多光谱探测器芯片。使用紫外光刻工艺将每个FP微腔单元和相应的探测器像元片上集成并对准。只需通过4次组合刻蚀工艺，在64×64像元探测器芯片直接集成了16种不同的FP微腔结构。所制备的多光谱探测器芯片具有16种不同的窄带响应光谱，平均半峰宽为24 nm，探测光谱范围覆盖1450 -1666 nm。该多光谱探测器芯片没有任何移动部件，便携且稳定。该方法所集成制备的多光谱探测器芯片只有2 mm2，极大缩小了多光谱探测系统的体积，在智能手机多光谱成像、自动驾驶目标识别、工业多气体实时监测等领域中具有广阔的应用前景。4. 实现了一种基于片上集成FP微腔阵列的短波红外芯片光谱仪。使用快速且低成本的紫外激光直写灰度光刻技术制备高通道数量的集成FP微腔阵列。这种超紧凑的芯片光谱仪的光谱探测范围覆盖900-1700 nm。通过快照式成像获取入射光信号，使用基于压缩感知的光谱重构算法反解待测样品光谱，反解探测范围内的全光谱信息最少只需20个探测器像元。实验结果表明，在短波红外范围内，50像元的芯片光谱仪光谱分辨率高达2 nm；20像元的芯片光谱仪光谱分辨率达5 nm。此结果比最新报道的短波红外量子点微型光谱仪高3倍，同时所需滤光单元数量减少3.9倍。该20像元的芯片光谱仪是目前最小的高分辨率短波红外快照式光谱仪，可以在整个短波红外波段内工作。该芯片光谱仪在智能手机或其他便携式光谱探测场景中具有巨大的应用潜力。