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10月15日，清華大學電子工程系方璐教授團隊在智能光子領域取得里程碑式突破，成功研制出全球首款亞埃米級快照光譜成像芯片“玉衡”。該成果標志著我國在智能光子技術與高精度成像測量領域邁入國際前沿，相關研究論文已在線發表于國際頂級學術期刊《自然》。 傳統光譜成像技術長期面臨“分辨率越高、通量越低”的矛盾。傳統物理分光方式依賴機械旋轉濾光片或棱鏡分光，導致設備體積龐大、采集速度緩慢，且光譜分辨率與成像通量難以兼顧。例如，天文觀測中完成銀河系千億顆恒星的光譜巡天需數千年，工業檢測中高精度光譜分析效率低下，成為制約科學探索與產業升級的關鍵瓶頸。 方璐教授團隊提出“可重構計算光學成像架構”，通過光子調制與計算重建替代物理分光，利用隨機干涉掩膜與鈮酸鋰材料的電光重構特性，實現高維光譜調制與高通量解調的協同計算。這一創新使“玉衡”芯片在400—1000納米寬光譜范圍內，同時達到亞埃米級光譜分辨率（接近原子尺度）和千萬像素級空間分辨率，單次快照即可同步獲取全光譜與全空間信息，成像分辨能力較傳統技術提升兩個數量級。 “玉衡”芯片尺寸僅約2厘米×2厘米×0.5厘米，重量不足20克，卻集成了復雜的光子調制與計算系統。其核心優勢在于： 全光譜快照能力：單次曝光即可捕獲目標物體的完整光譜信息，無需掃描或多次采集，效率提升百倍以上； 高空間分辨率：千萬像素級成像能力可清晰分辨微米級結構，適用于精密制造檢測； 抗環境干擾：全固態設計無需機械運動部件，適應振動、高溫等極端環境。 “玉衡”芯片的研發歷時五年，團隊攻克了三大技術難題： 隨機干涉掩膜設計：通過算法優化掩膜結構，實現光場的高效調制與噪聲抑制； 鈮酸鋰電光重構：利用鈮酸鋰晶體的強電光效應，動態調整光子傳播路徑，提升計算靈活性； 協同解調算法：開發基于壓縮感知的稀疏重建算法，從少量測量數據中恢復高維光譜信息。 方璐教授表示：“‘玉衡’不僅是一顆芯片，更是一種新的成像范式。它打破了物理分光的限制，將計算引入光子傳播過程，為高精度、高效率的光譜成像提供了全新解決方案。” 《自然》期刊審稿人高度評價該成果：“‘玉衡’芯片通過計算光學重構解決了光譜成像領域的根本性矛盾，其性能指標遠超現有技術，為微型化、實時化的高分辨光譜設備奠定了基礎。”目前，團隊已啟動產業化合作，與航天機構、智能制造企業共同推進“玉衡”芯片在衛星遙感、工業檢測等場景的應用。 |
