全球首款亚埃米级快照光谱成像芯片“玉衡”问世：清华团队突破高精度成像技术瓶颈

10月15日，清华大学电子工程系方璐教授团队在智能光子领域取得里程碑式突破，成功研制出全球首款亚埃米级快照光谱成像芯片“玉衡”。该成果标志着我国在智能光子技术与高精度成像测量领域迈入国际前沿，相关研究论文已在线发表于国际顶级学术期刊《自然》。

传统光谱成像技术长期面临“分辨率越高、通量越低”的矛盾。传统物理分光方式依赖机械旋转滤光片或棱镜分光，导致设备体积庞大、采集速度缓慢，且光谱分辨率与成像通量难以兼顾。例如，天文观测中完成银河系千亿颗恒星的光谱巡天需数千年，工业检测中高精度光谱分析效率低下，成为制约科学探索与产业升级的关键瓶颈。

方璐教授团队提出“可重构计算光学成像架构”，通过光子调制与计算重建替代物理分光，利用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。这一创新使“玉衡”芯片在400—1000纳米宽光谱范围内，同时达到亚埃米级光谱分辨率（接近原子尺度）和千万像素级空间分辨率，单次快照即可同步获取全光谱与全空间信息，成像分辨能力较传统技术提升两个数量级。

“玉衡”芯片尺寸仅约2厘米×2厘米×0.5厘米，重量不足20克，却集成了复杂的光子调制与计算系统。其核心优势在于：

全光谱快照能力：单次曝光即可捕获目标物体的完整光谱信息，无需扫描或多次采集，效率提升百倍以上；
高空间分辨率：千万像素级成像能力可清晰分辨微米级结构，适用于精密制造检测；
抗环境干扰：全固态设计无需机械运动部件，适应振动、高温等极端环境。

“玉衡”芯片的研发历时五年，团队攻克了三大技术难题：

随机干涉掩膜设计：通过算法优化掩膜结构，实现光场的高效调制与噪声抑制；
铌酸锂电光重构：利用铌酸锂晶体的强电光效应，动态调整光子传播路径，提升计算灵活性；
协同解调算法：开发基于压缩感知的稀疏重建算法，从少量测量数据中恢复高维光谱信息。
方璐教授表示：“‘玉衡’不仅是一颗芯片，更是一种新的成像范式。它打破了物理分光的限制，将计算引入光子传播过程，为高精度、高效率的光谱成像提供了全新解决方案。”

《自然》期刊审稿人高度评价该成果：“‘玉衡’芯片通过计算光学重构解决了光谱成像领域的根本性矛盾，其性能指标远超现有技术，为微型化、实时化的高分辨光谱设备奠定了基础。”目前，团队已启动产业化合作，与航天机构、智能制造企业共同推进“玉衡”芯片在卫星遥感、工业检测等场景的应用。