“玉衡”芯片由清华大学方璐教授团队研制，是全球首款将亚埃米级（<1Å）光谱分辨率、千万像素空间分辨率和快照式成像集于一体的微型芯片。它彻底改变了传统光谱仪“体积大、速度慢”的困境，相关成果于2025年10月发表于《Nature》，并于2026年3月在中关村论坛作为重大成果发布。 技术原理：用“计算”替代“分光” 传统高分辨光谱仪依赖棱镜、光栅等物理器件分光，导致设备庞大且采集极慢。“玉衡”芯片的核心创新在于“可重构计算光学架构”： - 物理层：在CMOS传感器上集成铌酸锂（LiNbO₃）薄膜。利用铌酸锂的强电光效应，通过施加电压改变折射率，实现对入射光的随机干涉调制（相当于给每个像素装上了智能微滤镜）。 - 算法层：传感器捕获的是经过调制的“乱码”图像，通过物理自适应智能重构算法（PSAIR），从二维数据中反解出三维（x, y, λ）高光谱信息。这种“先编码、后计算”的模式，使其在2cm×2cm的微小尺寸内实现了传统数米长光学平台才能达到的分辨率。 性能参数与突破 维度 性能指标 传统技术对比 光谱分辨率 < 1 Å（亚埃米级） 突破纳米级瓶颈，接近原子尺度 空间分辨率 千万像素级 可清晰分辨微米级结构 成像方式 快照式（Snapshot） @ 88Hz 无需扫描，单次曝光获取全谱 工作波段 400–1000 nm（可见-近红外） 宽谱段覆盖 体积/重量 2×2×0.5 cm³ / <20g 比传统设备缩小百倍以上 应用场景举例 1. 天文观测：银河系“人口普查” - 痛点：传统光谱巡天若要获取银河系千亿颗恒星的光谱，理论耗时需数千年。 - 玉衡方案：搭载“玉衡”的望远镜可单次曝光捕获数千颗恒星光谱。实验显示，其在700ms内即捕获5600颗恒星光谱，效率较顶级光谱仪提升100–10000倍。未来有望将银河系巡天周期压缩至十年以内，极大助力暗物质、黑洞等研究。 2. 工业检测：实时物质成分分析 - 场景：食品分选（霉变识别）、药品包装（异物检测）。 - 玉衡方案：传统高光谱检测需逐点扫描，速度慢。“玉衡”支持88Hz视频级光谱成像，可实时输出产线上每个像素点的化学成分（如水分含量、糖度），实现“所见即所测”，大幅提升智能制造质检效率。 3. 遥感与环境监测 - 场景：大气污染物（CO₂、CH₄）监测、水体富营养化分析。 - 玉衡方案：其微型化特性使其可搭载于微纳卫星或无人机。通过亚埃米级分辨率精准识别气体吸收谱线，实现高精度、大范围的“图谱合一”环境监测。 “玉衡”芯片目前正处于工程化样机优化阶段，未来在生物医学（如活体细胞代谢成像）及手机端智能感知领域也具有巨大潜力。 AI生成，（工具：夸克，腾讯元宝）配图是AI生成的，（工具：混元）