清華大學(xué)電子工程系方璐教授團(tuán)隊在智能光子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，成功研發(fā)出全球首枚亞埃米級快照光譜成像芯片“玉衡”。這項成果標(biāo)志著我國在高精度光譜成像技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到國際領(lǐng)先水平，相關(guān)研究論文已在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。

傳統(tǒng)光譜成像技術(shù)長期面臨分辨率與成像效率的矛盾：提高光譜精度往往犧牲成像速度，提升成像通量則導(dǎo)致光譜分辨率下降。方璐團(tuán)隊通過重構(gòu)計算光學(xué)成像體系，將物理分光過程轉(zhuǎn)化為光子調(diào)制與計算重建的協(xié)同機(jī)制，創(chuàng)新性地利用鈮酸鋰材料的電光重構(gòu)特性與隨機(jī)干涉掩膜技術(shù)，實現(xiàn)了高維光譜調(diào)制與高通量解調(diào)的并行計算。

這款命名為“玉衡”的芯片尺寸僅為2厘米×2厘米×0.5厘米，卻能在400-1000納米寬光譜范圍內(nèi)同時實現(xiàn)亞埃米級光譜分辨率與千萬像素級空間分辨率。其核心突破在于單次快照即可同步捕獲全光譜與全空間信息，將光譜成像的分辨能力提升百倍，徹底打破了傳統(tǒng)技術(shù)中光譜精度與成像效率不可兼得的行業(yè)瓶頸。

研究團(tuán)隊介紹，“玉衡”芯片通過光子級計算重構(gòu)，在微型化設(shè)計中集成了傳統(tǒng)大型光譜儀的核心功能。實驗數(shù)據(jù)顯示，該芯片在天文觀測應(yīng)用中展現(xiàn)出驚人性能：每秒可獲取近萬顆恒星的全光譜數(shù)據(jù)，使銀河系千億顆恒星的光譜巡天周期從數(shù)千年壓縮至十年以內(nèi)。這種高效成像能力結(jié)合其毫米級尺寸，為衛(wèi)星搭載提供了可能，未來有望在數(shù)年內(nèi)完成人類歷史上最完整的宇宙光譜圖譜繪制。

除天文領(lǐng)域外，“玉衡”芯片在機(jī)器視覺、遙感監(jiān)測等場景同樣具有革命性應(yīng)用價值。其突破性的光譜-空間信息同步獲取能力，可為工業(yè)檢測提供微米級缺陷識別，在環(huán)境監(jiān)測中實現(xiàn)大氣成分實時分析。方璐教授指出，該技術(shù)通過計算光學(xué)架構(gòu)創(chuàng)新，成功解決了高精度光譜成像系統(tǒng)的分辨率、效率與集成度三大核心難題，為智能光子技術(shù)開辟了全新的發(fā)展路徑。