“玉衡”光谱成像芯片概念图。

本报讯 近日，电子工程系方璐教授团队首创了可重构计算光学成像架构，成功研制出高分辨光谱成像芯片“玉衡”，实现了亚埃米级光谱分辨率和千万像素级空间分辨率的快照光谱成像，破解了光谱成像系统在分辨率、效率与集成度方面的长期难题。

光谱记录着光在不同波长下的强度变化，揭示了物质与光的相互作用，是解析成分、结构与特性的“光学密钥”。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长期存在固有矛盾。

对此，研究团队提出可重构计算光学成像架构，将物理分光限制转化为光子调制与重建过程，挖掘随机干涉掩膜与铌酸锂材料的电光重构特性，实现了高维光谱调制与高通量解调的协同计算。由此研制出的“玉衡”芯片，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瓶颈。

作为人工智能、物理光学、集成光子学与材料科学交叉融合的成果，“玉衡”突破了传统高分辨光谱装置体型庞大、采集缓慢的局限。该芯片仅约2厘米×2厘米×0.5厘米，在400-1000纳米的宽光谱范围内实现了亚埃米级光谱分辨率和千万像素级空间分辨率，并具备88赫兹的快照光谱成像能力。

“玉衡”可广泛应用于机器智能、机载遥感、天文观测等领域。研究团队在论文中通过详细的光谱巡天实验表明，“玉衡”芯片具备应用于光谱巡天，并大幅度提升天文观测效率的能力。凭借其微型化的设计，还可搭载于卫星，有望绘制出前所未见的宇宙光谱图景。

目前，研究团队正基于原理样片加速工程化样机与系统级优化，“玉衡”将在10.4米口径加那利大型望远镜上进行测试应用，有望为暗物质、黑洞等基础物理前沿研究提供新视野。

该研究成果以“集成铌酸锂光子学亚埃米级快照光谱成像”为题，在线发表于《自然》（Nature）期刊。方璐为该论文的通讯作者，北京信息科学与技术国家研究中心姚志阳博士为第一作者。

（电子系）