清华大学开发出革命性的光谱成像芯片 "玉衡": 将银河系千亿颗恒星的光谱巡天周期缩短至十年以内

清华大学电子工程系方璐教授课题组最近取得了一项重大突破，开发出了一种革命性的光谱成像芯片，名为 "玉衡"。这种芯片实现了亚埃米级光谱分辨率和千万像素级空间分辨率的快照光谱成像，这意味着它可以在极短的时间内获取大量天体的光谱信息。

据介绍，传统的光谱测量受限于分光采集与固化结构，导致了光谱分辨率与成像通量之间的矛盾。然而， "玉衡" 采用了一种新的可重构计算光学成像架构，通过挖掘随机干涉掩膜与铌酸锂材料的电光重构特性，实现了高维光谱调制与高通量解调的协同计算。

"玉衡" 的体积仅约 2 厘米 × 2 厘米 × 0.5 厘米，远小于传统的高分辨光谱装置。在 400 至 1000 纳米的宽光谱范围内，它实现了亚埃米级光谱分辨率和千万像素级空间分辨率的快照光谱成像。这意味着它可以在极短的时间内获取大量天体的光谱信息。

以天文观测为例， "玉衡" 的快照式成像每秒可以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。凭借微型化设计， "玉衡" 还可搭载于卫星，有望在数年内绘制出人类前所未见的宇宙光谱图景。

据悉，目前课题组正基于原理样片，加速工程化样机与系统级优化，并将在 10.4 米口径加那利大型望远镜上进行测试应用。这种技术有望广泛应用于机器智能、机载遥感、天文观测等领域，并为暗物质、黑洞等基础物理前沿研究提供新视野。