惊艳亮相！亚埃米级快照光谱成像芯片 “玉衡” 震撼登场

在当今科技飞速发展的时代，芯片技术的每一次突破都备受瞩目。 10 月 16 日，一则重磅消息传来，清华大学团队成功研制出亚埃米级快照光谱成像芯片 “玉衡”，这一成果标志着我国在智能光子技术领域取得了重大进展。

清华大学电子工程系方璐教授团队在智能光子领域取得重大突破，首创了可重构计算光学成像架构，研制了高分辨光谱成像芯片“玉衡”，实现了亚埃米级光谱分辨率，千万像素级空间分辨率的快照光谱成像，标志着我国智能光子技术在高精度成像测量领域迈上新台阶。相关研究成果以《集成铌酸锂光子学亚埃米级快照光谱成像》（“Integrated lithium niobate photonics for sub-angstrom snapshot spectroscopy”）为题在线发表于学术期刊《自然》。

光谱作为解析物质成分、结构与特性的 “光学密钥”，在众多领域有着至关重要的作用。然而，传统光谱测量受限于分光采集与固化结构，光谱分辨率与成像通量之间的固有矛盾一直是光谱成像领域亟待解决的难题。方璐教授团队基于智能光子原理，创新提出可重构计算光学成像架构，将传统物理分光限制转化为光子调制与计算重建过程。通过挖掘随机干涉掩膜与铌酸锂材料的电光重构特性，团队实现高维光谱调制与高通量解调的协同计算。

图:可重构计算光学成像架构

并由此研制出亚埃米级高分辨光谱成像芯片——“玉衡”。无需在波长维度牺牲通量，每个像素均可获取完整光谱信息，快照光谱成像的分辨能力（R=12,000）提升两个数量级，突破了光谱分辨率与成像通量无法兼得的，长期瓶颈。与传统体型庞大、采集缓慢的高分辨光谱装置不同，“玉衡”芯片仅约2厘米×2厘米×0.5厘米，却可在400—1000纳米的宽光谱范围内，实现亚埃米级光谱分辨率、千万像素级空间分辨率的快照光谱成像，能在单次快照中同步获取全光谱与全空间信息，并具备88 Hz 的快照光谱成像能力，为高分辨光谱成像开辟了新路径。

“玉衡” 芯片的应用前景十分广阔。在机器智能领域，它能为智能设备提供更精准的光谱信息，提升设备的感知和决策能力；在机载遥感方面，可快速获取大面积的高光谱图像，为资源勘探、环境监测等提供有力支持；在天文观测领域，其快照式成像每秒可获取近万颗恒星的完整光谱，有望将银河系千亿颗恒星的光谱巡天周期从数千年缩短至十年以内。凭借微型化设计，“玉衡” 芯片还可搭载于卫星，在数年内绘制出人类前所未有的宇宙光谱图景。

目前，课题组正基于原理样片，加速工程化样机与系统级优化，并计划在 10.4 米口径加那利大型望远镜（GTC）上进行测试应用。这将进一步验证 “玉衡” 芯片在实际应用中的性能和稳定性。

有趣的是，这枚芯片取名 “玉衡” 颇具深意。据清华大学解释，“玉衡” 之名寓意以光校衡天地。《尚书・舜典》有言 “在璿玑玉衡，以齐七政”，古人以 “玉衡” 校定日月星辰的运行秩序，如今科学家以同名之芯，校衡光的频谱与宇宙的奥秘。

“玉衡” 芯片是融合人工智能、集成光子学与材料科学的重大突破。未来，随着高分辨光谱获取范式的持续变革，以 “玉衡” 为代表的计算光谱成像技术有望以更小的体积、更高的分辨力、更广的应用边界，为材料科学、地球科学、天文科学开拓新的光谱天地。