清华大学团队研制出国际首款实时超光谱成像芯片

据清华新闻网报道，最近几天，清华大学电子工程系崔教授，黄益东教授团队带领学生在超表面高光谱成像芯片方面取得重要进展，研制出全球首个实时高光谱成像芯片，与现有光谱探测技术相比，实现了从单点光谱仪到高光谱成像芯片的跨越这种高光谱成像芯片技术在《科学》杂志的综述论文《光谱仪小型化》中被列为该领域的最新研究成果

通过硅基超曲面实现入射光的光谱域调制，通过CMOS图像传感器完成光谱域到电域的投影测量，然后通过压缩感知算法进行光谱重构，进一步通过超曲面的大规模阵列集成实现实时光谱成像这种实时高光谱成像芯片将单点光谱仪的尺寸缩小到100微米以下，空间分辨率超过15万个光谱像素，即在一块0.5 cm2的芯片上集成了15万个微型光谱仪，可以快速获取每个像素的光谱，工作光谱宽度为450~750 nm，分辨率高达0.8nm

研究团队与清华大学生物医学工程系洪波教授合作基于这种实时高光谱成像芯片，首次测量了活体大鼠脑内血红蛋白及其衍生物特征光谱的动态变化，时间分辨率高达30Hz通过实时光谱成像，可以获得大鼠大脑不同部位的动态光谱变化结合血红蛋白的特征吸收峰，可以分析相应血管区和非血管区血红蛋白含量的变化，利用神经—氧合耦合的机制，进一步得到大脑神经元的活动状态

进一步，团队提出了自由形态超原子的超表面设计方法，突破了规则形态超表面设计的局限，开发了基于自由形态超原子的超表面光谱成像芯片，实现了更好的光谱成像性能宽光谱光和窄光谱光的测量和重建结果表明，窄光谱光重建中心波长的标准差仅为0.024 nm24色标准色卡的平均光谱重建保真度达到98.78%这项研究工作进一步提高了超表面光谱成像芯片的性能，促进了未来光谱成像芯片的发展及其在实时传感领域的应用

据说这项成果的实时高光谱成像芯片是微纳光电子和光谱技术的深度交叉融合作为光谱技术的颠覆性进展，在实时传感领域显示出巨大的应用潜力，相关成果已经产业化

上述研究成果以基于可重构超曲面和动态脑频谱采集的实时高光谱成像芯片为题发表在《光学设计》杂志上同时，该研究成果也发表在《激光与光子学评论》本工作得到了科技部R&D重点项目，国家自然科学基金，北京市科技计划，北京市自然科学基金，北京量子信息前沿科学中心和北京量子信息科学研究所的支持

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