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北京光明日报10月15日电 清华大学记者邓辉获悉,该校电子工程系陆方教授研究团队另辟蹊径,首创了可重构计算光学成像架构。研发了高分辨率光谱成像芯片“宇衡”,实现了亚埃级光谱分辨率和千万像素空间分辨率的快照光谱成像。 “宇恒”克服了光谱成像系统的分辨率、效率和集成度问题,可广泛应用于机器智能、机载遥感、天文观测等领域。有望为暗物质、黑洞等基础物理前沿研究提供前所未有的新见解。研究成果15日在线发表在国际期刊《自然》上。
光是最深奥的语言自然的。自从1666年牛顿用棱镜分裂出白光以来,人们就用光谱笔写下了对物质和宇宙的认识。光谱记录了不同波长下光强度的变化,揭示了物质与光之间的相互作用,是研究成分、结构和性质的“光学钥匙”。然而,传统的光谱测量受到光谱收集和凝固结构的限制。长期以来,光谱分辨率与成像通量之间存在着固有的矛盾,这一直是光谱领域长期存在的科学难题。
“我们推荐一种可重构的计算光学成像架构,将物理光谱极限转化为光子调制和重构过程,探索随机干涉掩模和铌酸锂材料的电光重构特性,实现高维光谱调制的协同计算方璐介绍,团队由此研发的亚埃级高分辨率光谱成像芯片“宇恒”,在不牺牲波长尺度通量的情况下,每个像素都能获得完整的光谱信息,快照光谱成像的分辨率能力提升了两个数量级,打破了长期存在的光谱不匹配的瓶颈。 光谱分辨率和成像通量。
与传统高分辨率光谱设备体积庞大、采集缓慢不同,“玉衡”尺寸约为2厘米×2厘米×0.5厘米。它可在 400 至 1000 纳米的宽光谱范围内实现亚埃光谱分辨率和数千万像素空间分辨率的快照光谱成像。
“以天文观测为例,宇衡快照成像每秒捕获近万颗恒星的完整光谱,有望缩短数百亿的光谱巡天周期银河系中的恒星从几千年到不到十年。”方鲁说,凭借其小型化设计,“玉衡”还可以搭载在卫星上,有望绘制出人们数年未见的惊人宇宙图景。
据悉,研究团队目前正在基于原理样机加速工程样机和系统级优化,并将在10米加那利大型望远镜上进行测试应用。
《光明日报》(2025年10月16日第08页)