清华突破百年光谱成像瓶颈 全球首款亚埃米级快照芯片玉衡问世

人类对光的探索自牛顿用棱镜分解白光起，至今已跨越三个多世纪。2025年10月，清华大学电子工程系方璐教授团队在《自然》杂志发表的研究成果，为这场漫长的求索写下了新注脚。他们首创的亚埃米级快照光谱成像芯片“玉衡”，在指甲盖大小的铌酸锂晶体上，破解了困扰科学界百年的光谱成像难题。

传统光谱技术仿佛握着一把双刃剑：提高光谱分辨率需对光线“逐段扫描”，这导致成像效率低下；若追求快速成像，又不得不牺牲分辨精度。方璐团队另辟蹊径，将目光投向随机干涉掩膜与铌酸锂的电光调制特性。如同给每个像素点配备专属的光谱解析密码，通过计算光学重构架构，杂乱的光信号在AI算法的破解下，瞬间还原为包含12000条光谱线的精密图谱。这项技术突破，使得快照式成像的分辨能力较传统手段提升百倍。

这款体积仅2立方厘米的芯片，蕴含着令人惊叹的性能参数：在400-1000纳米宽光谱范围内，同时实现千万像素级空间分辨与亚埃米级（0.1纳米）光谱分辨。这一精度相当于能在十亿分之一的头发丝宽度内区分不同光波，让检测原子级物质成分成为可能。更关键的是，其88Hz的成像速率使得“定格”动态光谱演变成为现实。

在天文观测领域，“玉衡”如同时空压缩器。传统方法需要数千年才能完成的银河系千亿恒星光谱巡天，借助这颗芯片的快照能力，有望在十年内完成。即将在加那利大型望远镜开展的测试，或将揭示黑洞吸积盘物质运动、暗物质分布等宇宙奥秘。当芯片搭载卫星进入太空，人类或将首次获得全景式宇宙光谱图，为理解星系演化提供全新维度。

这项突破的意义远超实验室范畴。工业检测领域，原本需要数小时的材料成分分析可缩短至秒级；环境监测卫星通过高精度光谱识别污染物分子；医疗设备能实时捕捉细胞代谢的光谱特征。在清华大学团队公布的实验视频中，芯片成功捕捉到半导体材料在激光照射下瞬态光谱变化，展示了在量子材料研究中的潜力。

从《尚书》记载的古老天文仪器到当代微纳光子芯片，“玉衡”之名承载着科技与文明的共鸣。这项融合了人工智能、集成光子和新型材料的跨学科创新，不仅打破了国外对高端光谱仪器的垄断，更开创了“硬件编码+软件解码”的新型探测范式。随着工程化样机研发加速，人类破解自然光谱密码的能力，正在进入一个前所未有的“帧率时代”。