光譜成像領(lǐng)域有個卡了幾十年的死結(jié)——想看清“顏色細節(jié)”，就拍不全畫面；想拍全畫面，細節(jié)又糊成一片。搞天文的測顆恒星光譜得等半天，做遙感的追個目標(biāo)得調(diào)好幾個小時參數(shù)。這個痛點，被我們中國科學(xué)家用一塊小芯片給治了。

過去很長一段時間，光譜成像領(lǐng)域像被施了“緊箍咒”：傳統(tǒng)技術(shù)靠物理分光，就像用篩子篩面粉——想篩出更細的粉（高光譜分辨率），就得換更小的篩孔，結(jié)果每次只能篩一點點（成像通量低）；想多篩點粉，篩孔就得變大，細節(jié)就沒了。這導(dǎo)致光譜儀又大又笨，用在天文觀測上，測銀河系千億顆恒星的光譜得花數(shù)千年；用在遙感衛(wèi)星上，連個小目標(biāo)的“顏色密碼”都抓不全。全世界科學(xué)家都在找破局辦法，一直沒能有突破，直到清華大學(xué)方璐教授團隊出手了。

他們沒走“物理分光”的老路子，而是玩了把“計算光學(xué)”的新花樣——提出可重構(gòu)計算光學(xué)成像架構(gòu)，把傳統(tǒng)的“篩面粉”變成“用不同篩網(wǎng)組合，一次算出所有粉?！?。具體來說，團隊挖了鈮酸鋰材料的“電光重構(gòu)”特性，就像給芯片裝了個“智能濾鏡”，能快速切換不同的干涉圖案，再通過算法把這些圖案“拼”出高維光譜信息。

打個比方，傳統(tǒng)光譜儀是拿固定鏡頭拍100張照片再拼，“玉衡”是拿100個動態(tài)鏡頭同時拍一張，直接算出所有細節(jié)。就這么一塊2厘米×2厘米×0.5厘米的小芯片，在400—1000納米的寬光譜范圍里，既能看清亞埃米級（頭發(fā)絲的百萬分之一）的光譜細節(jié)，又能同時拍下千萬像素的畫面，徹底打破了“分辨率和通量不能兼得”的死局。

這一突破，直接讓中國在高精度光譜成像領(lǐng)域位列世界的先進行列。按《自然》論文的數(shù)據(jù)，“玉衡”的快照光譜成像分辨能力比傳統(tǒng)技術(shù)高了100倍，體積卻小到能塞進衛(wèi)星、無人機甚至手機。

以前，天文觀測要“普查”銀河系千億顆恒星的光譜，得花數(shù)千年，現(xiàn)在有了“玉衡”，十年內(nèi)就能干完；機載遙感追個森林火災(zāi)，以前得來回飛好幾圈，現(xiàn)在“咔嚓”一張快照，連每片樹葉的燃燒溫度都能精準(zhǔn)捕捉。再有，未來智能機器人識別物體、醫(yī)療設(shè)備測細胞成分，甚至手機拍張照就能分析食物營養(yǎng)——這些以前得靠大機器的事兒，小芯片都能搞定。

從被“卡脖子”到全球領(lǐng)先，這不是天上掉的餡餅，是中國科學(xué)家在實驗室里“磨”出來的硬功夫。方璐團隊用了整整五年，從材料特性挖到算法重構(gòu)，把“不可能”變成“玉衡”。這不僅是一塊芯片的突破，更是中國在智能光子領(lǐng)域“從0到1”的跨越。

在這里，也向每一位默默攻堅的科研人致敬，正是因為他們的“死磕”精神，讓我們離更智能的未來，又近了一大步。