基于铌酸锂光子芯片的亚埃级超高通量快照光谱技术突破

《Nature》：Integrated lithium niobate photonics for sub-?ngstr?m snapshot spectroscopy

来自研究人员团队开发出RAFAEL亚埃级超高通量快照光谱技术，通过铌酸锂电光可重构光子芯片突破传统光谱仪分辨率与透射率间的权衡难题，实现0.5?分辨率、73.2%透射率和88Hz采集速度，为天文观测与生物医学成像提供革新工具。

　　

光谱学作为解析物质结构与化学成分的关键技术，在众多科学领域具有广泛应用^1-16。传统光谱技术受限于狭缝或光栅设计，始终存在光谱分辨率与光学透射率之间的固有矛盾^17-22。本研究提出的RAFAEL系统创新性地采用铌酸锂（LiNbO₃）集成光子芯片，通过像素级电控可调光谱响应机制，成功实现亚埃级（sub-?ngstr?m）精度的快照式光谱探测。该技术核心在于利用体块铌酸锂作为干涉掩模，在400-1000纳米波段达成0.5?（对应分辨率R=12,000）的光谱分辨率，同时保持73.2%的超高透射率和2048×2048的空间分辨率，采集速度达88帧/秒。与现有顶尖光谱成像系统^23-34相比，RAFAEL的透射率提升两倍，光谱分辨能力增强近两个数量级。特别令人振奋的是，该系统在单次快照中成功捕获了5600颗恒星的亚埃级光谱，包括所有原子吸收峰，其观测效率相较传统天文光谱仪^17-21提升达100-10,000倍。这项兼具高性能与易集成特性的光谱技术，为从材料科学到天体物理的多个前沿领域带来了突破性进展。