清華大學電子工程系黃翊東教授團隊崔開宇副教授帶領學生在超光譜成像芯片方面取得重要進展，研制出國際首款實時超光譜成像芯片，相比已有光譜檢測技術實現了從單點光譜儀到超光譜成像芯片的跨越，Science綜述論文“Miniaturizationofopticalspectrometers”將這一超光譜成像芯片技術列為該領域最新的研究成果。科研團隊已于2020年創立成果轉化項目公司--“北京與光科技有限公司”進行產業化，現科研團隊取得新進展，相關研究成果連續在光子領域旗艦期刊Optica和Laser&PhotonicsReviews發表，將進一步促進產業化發展。

光譜作為物質的指紋，光譜成像可以獲取成像視場內各像素點物質的組分和含量，為智能感知技術開拓了一個新的信息維度，在工業自動化、智慧醫療、機器視覺、消費電子等諸多領域有著巨大的應用需求。然而傳統基于分光原理的單點光譜儀體積龐大，已有的光譜成像技術一般只能采用逐點逐行掃描或波長掃描的模式，無法獲取視野場景中各像素點高精度的實時光譜信息。

該成果研制的國際首款實時超光譜成像芯片如圖1所示。通過硅基超表面實現對入射光的頻譜域調制，利用CMOS圖像傳感器完成頻譜域到電域的投影測量，再采用壓縮感知算法進行光譜重建，并進一步通過超表面的大規模陣列集成實現實時光譜成像。該款實時超光譜成像芯片將單點光譜儀的尺寸縮小到百微米以下，空間分辨率超過15萬光譜像素，即在0.5cm2芯片上集成了15萬個微型光譜儀，可快速獲得每個像素點的光譜，工作譜寬450~750nm，分辨率高達0.8nm。

圖1：國際首款實時超光譜成像芯片

該團隊進一步提出了一種自由形狀超原子（Freeformshapedmeta-atoms）的超表面設計方法，突破了規則形狀的超表面設計限制，研制出基于自由形狀超原子的超表面光譜成像芯片，取得了更優異的光譜成像性能（圖2）。對寬譜光和窄譜光進行測量重建的結果表明，該超光譜成像芯片能夠實現保真度99%以上的寬譜光重建以及0.5nm的波長分辨率。該研究工作進一步提升了超表面光譜成像芯片的性能，推動了未來光譜成像芯片的發展及其在實時傳感領域的應用。

圖2：基于自由形狀超原子的超表面光譜成像芯片

清華大學電子系光譜芯片成果轉化項目公司“北京與光科技有限公司”肩負著清華大學光譜芯片科技成果工程化與商業化的使命，專注于芯片級光譜測量及光譜成像技術的產業化，為全球用戶提供先進的光譜芯片、AI算法和智慧感知方案，為行業賦能，支撐相關產業的高效發展。2020年9月成立以來，與光科技受到政府、行業、投資機構的廣泛認可，已獲得數億元融資，刷新全球光譜芯片初創公司融資記錄。入選2021創業邦100未來獨角獸，VENTURE50新芽榜，2021年中關村國際前沿科技創新大獎-集成電路領域TOP10，清華大學“校長杯”創新挑戰賽金獎、技術創新獎等。

在產品研發方面，與光科技取得突破，已經實現光譜傳感芯片、光譜成像芯片、微型光譜儀等模塊和設備的研發與制造（圖3）。微型化、可量產、高精度、快照式的芯片級光譜成像方案一經推出，便獲得行業客戶的高度關注，相關產品己經實現銷售，同時累計客戶儲備200余家。在AIoT、生物檢測、材料傳感、智慧家居、工業檢測等應用場景，與光科技和行業重點客戶對智慧感知方案的深度合作開發，正在有序推進。與光科技將不斷推動光譜實時傳感創新領域的應用發展與融合，拓寬消費級和工業級場景，讓光譜感知無處不在！

圖3：與光科技光譜成像與光譜傳感產品系列