亞埃米級(jí)光譜成像芯片“玉衡”問世開啟光譜成像新視野

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2025-10-16 10:10:50 光明網(wǎng)

清華大學(xué)電子工程系方璐教授課題組開發(fā)了一種可重構(gòu)計(jì)算光學(xué)成像架構(gòu)，成功研制出高分辨光譜成像芯片“玉衡”。該芯片實(shí)現(xiàn)了亞埃米級(jí)光譜分辨率和千萬像素級(jí)空間分辨率的快照光譜成像，解決了傳統(tǒng)光譜成像系統(tǒng)中分辨率、效率與集成度的問題。這項(xiàng)技術(shù)有望在機(jī)器智能、機(jī)載遙感、天文觀測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并為暗物質(zhì)、黑洞等基礎(chǔ)物理研究提供新的視角。研究成果已發(fā)表在國(guó)際期刊《自然》上。

光譜記錄了光在不同波長(zhǎng)下的強(qiáng)度變化，揭示了物質(zhì)與光之間的相互作用，是解析成分、結(jié)構(gòu)與特性的關(guān)鍵。然而，傳統(tǒng)光譜測(cè)量方法受限于分光采集和固定結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致光譜分辨率與成像通量之間存在固有矛盾。方璐團(tuán)隊(duì)提出的可重構(gòu)計(jì)算光學(xué)成像架構(gòu)通過將物理分光限制轉(zhuǎn)化為光子調(diào)制與重建過程，利用隨機(jī)干涉掩膜和鈮酸鋰材料的電光重構(gòu)特性，實(shí)現(xiàn)了高維光譜調(diào)制與高通量解調(diào)的協(xié)同計(jì)算。“玉衡”芯片每個(gè)像素均可獲取完整光譜信息，無需犧牲通量，使快照光譜成像的分辨能力提升了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

“玉衡”芯片體積小巧，僅約2厘米×2厘米×0.5厘米，在400至1000納米的寬光譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了亞埃米級(jí)光譜分辨率和千萬像素級(jí)空間分辨率的快照光譜成像。以天文觀測(cè)為例，“玉衡”每秒可以獲取近萬顆恒星的完整光譜，有望將銀河系千億顆恒星的光譜巡天周期從數(shù)千年縮短至十年以內(nèi)。此外，其微型化設(shè)計(jì)還允許“玉衡”搭載于衛(wèi)星，未來幾年內(nèi)或能繪制出前所未有的宇宙光譜圖景。

目前，課題組正基于原理樣片加速推進(jìn)工程化樣機(jī)與系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化，并計(jì)劃在10.4米口徑加那利大型望遠(yuǎn)鏡上進(jìn)行測(cè)試應(yīng)用。

(責(zé)任編輯：zx0176)

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亞埃米級(jí)光譜成像芯片“玉衡”問世 開啟光譜成像新視野

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