清华大学 推出全球首款亚埃米级快照光谱成像芯片“玉衡”

2025年10月16日，清华大学电子工程系方璐教授团队宣布研制出全球首款亚埃米级快照光谱成像芯片“玉衡”，相关研究成果以《集成铌酸锂光子学亚埃米级快照光谱成像》为题，于10月15日在线发表于《自然》期刊 。该芯片突破光谱成像领域长期存在的技术瓶颈，在分辨率、效率与集成度三大核心指标上实现协同提升。

一、技术突破：破解百年固有矛盾的底层逻辑

   光谱是解析物质成分、结构与特性的“光学密钥”，但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存在固有矛盾——提升分辨率需牺牲采集速度，追求通量则需降低光谱解析精度，这一难题自1666年牛顿通过棱镜分解白光以来长期未得解决 。

   “玉衡”芯片通过首创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。团队挖掘随机干涉掩膜与铌酸锂材料的电光重构特性，实现高维光谱调制与高通量解调的协同计算，使快照光谱成像的分辨能力（R=12000）提升两个数量级，每个像素均可获取完整光谱信息，从底层打破分辨率与通量的制衡关系 。
 

二、核心参数：微型化封装下的性能跃迁

   与传统体型庞大、采集缓慢的高分辨光谱装置不同，“玉衡”芯片尺寸仅约2cm×2cm×0.5cm，在400-1000nm宽光谱范围内实现多维度性能突破：

   - 光谱分辨率达亚埃米级，可捕捉极细微的波长差异；

   - 空间分辨率达千万像素级，兼顾微观细节与宏观视野；

   - 具备88Hz的快照成像能力，实现高速动态光谱信息捕获 。

   该芯片由清华大学电子工程系与北京信息科学与技术国家研究中心联合研制，获国家自然科学基金重大科研仪器项目及科学探索奖支持，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，方璐教授为通讯作者 。

三、应用场景：从天文观测到多领域技术赋能

   “玉衡”芯片攻克的分辨率、效率与集成度难题，使其可广泛应用于机器智能、机载遥感、天文观测等领域。

   在天文观测领域，其快照式成像能力可实现每秒获取近万颗恒星的完整光谱，有望将银河系千亿颗恒星的光谱巡天周期从数千年缩短至十年以内；未来搭载于卫星后，可加速绘制宇宙光谱图景，为暗物质、黑洞等基础物理前沿研究提供观测支撑 。

   在工程应用层面，课题组正基于原理样片加速工程化样机与系统级优化，计划在10.4米口径加那利大型望远镜上开展测试应用，推动技术从实验室走向实际场景 。