記者從清華大學(xué)獲悉，該校電子工程系方璐教授課題組另辟蹊徑，首創(chuàng)了可重構(gòu)計(jì)算光學(xué)成像架構(gòu)，研制出高分辨光譜成像芯片“玉衡”，實(shí)現(xiàn)了亞埃米級(jí)光譜分辨率、千萬(wàn)像素級(jí)空間分辨率的快照光譜成像。“玉衡”攻克了光譜成像系統(tǒng)的分辨率、效率與集成度難題，可廣泛應(yīng)用於機(jī)器智能、機(jī)載遙感、天文觀測(cè)等領(lǐng)域，有望為暗物質(zhì)、黑洞等基礎(chǔ)物理前沿研究提供前所未有的新視野。該研究成果15日在線發(fā)表於國(guó)際期刊《自然》。

光，是自然最深邃的語(yǔ)言。自1666年牛頓以棱鏡劃開(kāi)白光，人類(lèi)便以光譜之筆，書(shū)寫(xiě)對(duì)物質(zhì)與宇宙的理解。光譜記錄著光在不同波長(zhǎng)下的強(qiáng)度變化，揭示了物質(zhì)與光的相互作用，是解析成分、結(jié)構(gòu)與特性的“光學(xué)密鑰”。然而，傳統(tǒng)光譜測(cè)量受限於分光採(cǎi)集與固化結(jié)構(gòu)，光譜分辨率與成像通量之間長(zhǎng)期存在固有矛盾，成為光譜成像領(lǐng)域久未破解的科學(xué)難題。

“我們提出可重構(gòu)計(jì)算光學(xué)成像架構(gòu)，將物理分光限制轉(zhuǎn)化為光子調(diào)制與重建過(guò)程，挖掘隨機(jī)干涉掩膜與鈮酸鋰材料的電光重構(gòu)特性，實(shí)現(xiàn)了高維光譜調(diào)制與高通量解調(diào)的協(xié)同計(jì)算?！狈借唇榻B，團(tuán)隊(duì)由此研制出亞埃米級(jí)高分辨光譜成像芯片——“玉衡”，無(wú)需在波長(zhǎng)維度犧牲通量，每個(gè)像素均可獲取完整光譜信息，快照光譜成像的分辨能力提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)，突破了光譜分辨率與成像通量無(wú)法兼得的長(zhǎng)期瓶頸。

與傳統(tǒng)體型龐大、採(cǎi)集緩慢的高分辨光譜裝置不同，“玉衡”僅約2厘米×2厘米×0.5厘米大小，在 400至1000納米的寬光譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了亞埃米級(jí)光譜分辨率、千萬(wàn)像素級(jí)空間分辨率的快照光譜成像。

“以天文觀測(cè)為例，‘玉衡’的快照式成像每秒獲取近萬(wàn)顆恆星的完整光譜，有望將銀河系千億顆恆星的光譜巡天周期從數(shù)千年縮短至十年以?xún)?nèi)。”方璐介紹，憑借微型化設(shè)計(jì)，“玉衡”還可搭載於衛(wèi)星，有望在數(shù)年內(nèi)繪制出人類(lèi)前所未見(jiàn)的宇宙光譜圖景。

據(jù)悉，目前課題組正基於原理樣片，加速工程化樣機(jī)與系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化，並將在10.4米口徑加那利大型望遠(yuǎn)鏡上進(jìn)行測(cè)試應(yīng)用。（記者鄧暉）

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