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導(dǎo)語：近日，清華大學(xué)電子工程系方璐教授團(tuán)隊(duì)（于 2025 年 10 月 15 日）在智能光子技術(shù)領(lǐng)域取得重要突破，成功研制出全球首款亞埃米級(jí)快照光譜成像芯片 " 玉衡 "。相關(guān)研究成果以《集成鈮酸鋰光子學(xué)亞埃米級(jí)快照光譜成像》為題發(fā)表于《自然》雜志。該成果標(biāo)志著我國在高精度成像測(cè)量領(lǐng)域邁入國際前沿。

一、全球首創(chuàng)性

首次實(shí)現(xiàn)亞埃米級(jí)（0.1納米級(jí)）光譜分辨率與千萬像素級(jí)空間分辨率的單次快照成像，打破了傳統(tǒng)光譜技術(shù)中分辨率與成像通量無法兼得的瓶頸。

二、基本原理

創(chuàng)新架構(gòu)

該芯片基于可重構(gòu)計(jì)算光學(xué)成像架構(gòu)，通過隨機(jī)干涉掩膜與鈮酸鋰材料的電光重構(gòu)特性，實(shí)現(xiàn)高維光譜調(diào)制與高通量解調(diào)的協(xié)同計(jì)算。

核心突破

無需犧牲通量即可獲取全光譜信息，顯著提升數(shù)據(jù)采集效率。突破傳統(tǒng)光譜成像分辨率與通量的矛盾。

三、先進(jìn)性

微型化設(shè)計(jì)

芯片尺寸僅2cm×2cm×0.5cm，覆蓋400–1000納米寬光譜范圍。

性能跨越式提升

分辨率：亞埃米級(jí)光譜分辨率（較傳統(tǒng)技術(shù)提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)）；

效率：單次快照同步捕獲全光譜與全空間信息，每秒可獲取近萬顆恒星的完整光譜；

通量：解決“高分辨率⇔高通量”矛盾，適用于高速動(dòng)態(tài)場景。

四、當(dāng)前發(fā)展階段

工程化推進(jìn)中：團(tuán)隊(duì)正基于原理樣片優(yōu)化工程樣機(jī)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)，計(jì)劃在10.4米口徑加那利大型望遠(yuǎn)鏡開展實(shí)測(cè)。

技術(shù)成熟度：實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證完成，邁向天文觀測(cè)、遙感等場景的實(shí)地應(yīng)用階段。

五、應(yīng)用前景

1.天文觀測(cè) ：銀河系千億恒星光譜巡天周期有望從數(shù)千年縮短至十年內(nèi)，推動(dòng)繪制宇宙光譜全息圖。

2.遙感與工業(yè)檢測(cè)：機(jī)載/星載高精度環(huán)境監(jiān)測(cè)、礦產(chǎn)勘探、污染物識(shí)別等。

3.機(jī)器智能與生物醫(yī)學(xué)：賦能AI視覺系統(tǒng)的物質(zhì)成分分析，或用于細(xì)胞級(jí)病理快速篩查。

總結(jié)：“玉衡”芯片通過光子計(jì)算重構(gòu)技術(shù)，以微型化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)光譜成像的“質(zhì)效雙升”，目前處于工程化驗(yàn)證階段，未來將在科研探索與產(chǎn)業(yè)升級(jí)中釋放變革性潛力。