2025 年 9 月 26 日，一则来自国际学术顶刊《自然?光子学》的研究成果，让全 球光谱成像领域迎来重大突破 —— 由中国科学技术大学孙海定教授团队牵头，联合武汉大学刘胜教授团队、浙江大学杨宗银教授团队及英国剑桥大学 Tawfique Hasan 教授团队共同研发的 “小型级联二极管阵列光谱成像仪” 芯片正式发布。这款微型芯片不仅打破了深紫外 / 紫外波段片上光谱成像的技术壁垒，更有望让曾 “高大上” 的光谱检测设备走进寻常应用场景。
从 “实验室专属” 到 “便携可用”
“能‘看见’物质的成分，还能‘记录’它的形态 —— 这就是光谱成像技术的神奇之处。” 从事环境监测研究的王工程师介绍，无论是检测饮用水中的微量污染物，还是分析农作物的营养状况，这项技术都是科研人员的 “得力助手”。
但长期以来，传统光谱成像设备却因 “体型大、价格高”，只能 “待在” 实验室里。“一台标准设备差不多要占半个办公桌，价格更是动辄几十万元，想带到现场检测根本不现实。” 王工程师说。更关键的是，在深紫外与紫外波段，由于材料易损坏、制备工艺复杂，想把设备 “缩小” 到芯片级别，一直是行业内难以攻克的难题。
“比如在突发环境事故现场，我们需要快速检测污染物成分，但只能先取样，再带回实验室分析，一来一回至少要半天，很可能错过 佳处置时机。” 王工程师坦言，行业对微型化、低成本光谱成像技术的需求，早已迫在眉睫。
跨界创新破解双重难题
面对技术困局，联合科研团队决定 “另辟蹊径”。“传统思路是优化光学部件，但我们发现，材料和结构的创新才是关键。” 孙海定教授介绍，团队 终选择以氮化镓（GaN）为材料，设计出一种 “垂直级联” 的光电二极管架构 —— 把两个不对称的 p-n 二极管像 “叠积木” 一样垂直堆叠，让芯片能精 准 “捕捉” 不同波长的紫外光。
“氮化镓的稳定性特别好，就算在强紫外光下也不会轻易损坏，正好解决了材料难题。” 孙海定教授说，更重要的是，这种架构能在 2 英寸的晶圆上批量生产，完全适配现有半导体工厂的工艺，“这意味着未来量产时，成本能大幅降低，普通企业甚至科研机构都能用得起。”
为了让检测更精 准，团队还引入了深度学习算法。“我们通过调节芯片的外加偏压，让它对不同波长的紫外光‘按需响应’，再用 AI 算法把收集到的光谱信息精 准还原，相当于给芯片装上了‘智能大脑’。” 浙江大学杨宗银教授解释，这种 “硬件 + 软件” 的双重创新，让芯片的检测和效率都实现了飞跃。
0.62 纳米分辨率 + 10 纳秒响应速度
实验室里的测试结果，让这款芯片的实力 “一目了然”。数据显示，在 250 至 365 纳米的紫外波段内，它的光谱分辨率达到了约 0.62 纳米 —— 这意味着哪怕两种光线的波长只相差 0.62 纳米，芯片也能清晰区分；而它的响应速度更是低于 10 纳秒，一秒钟能完成上亿次检测，完全满足实时监测的需求。
为了验证实际应用效果，团队还用 10×10 像素阵列的芯片，对橄榄油、花生油、动物油脂和牛奶等常见有机物质液滴进行了检测。结果令人惊喜：芯片不仅能清晰显示液滴的形状和位置，还能通过光谱分析，精 准分辨出不同油脂的成分差异，甚至能检测出牛奶中微量的成分变化。
“这说明芯片不只是‘实验室里的成果’，更能在实际场景中发挥作用。” 参与测试的武汉大学刘胜教授表示，从数据达标到应用验证，这款芯片已经迈出了从科研到实用的关键一步。
从紫外到全波段，芯片还能更 “小”
对于这款芯片的未来，科研团队有着清晰的规划。“目前我们主要突破的是紫外波段，但通过调整材料的成分和掺杂方式，未来它还能覆盖可见光、红外波段。” 刘胜教授介绍，这意味着未来一款芯片就能满足多场景检测需求，比如既可以检测食品中的有害物质，又能分析工业产品的质量，应用范围将大幅拓宽。
同时，芯片的尺寸还有进一步 “缩小” 的空间。“现在的芯片已经比指甲盖还小，但我们的目标是让它能集成到手机、便携式检测仪里，真正实现‘揣在兜里就能用’。” 剑桥大学 Tawfique Hasan 教授认为，随着技术的成熟，未来光谱检测可能会像现在的手机拍照一样普及。
业内预测，未来 3-5 年内，基于这款芯片的便携设备有望走进更多领域：基层医院能用它快速检测病原体，让患者不用等太久就能拿到诊断结果；食品监管人员能现场抽查食品成分，保障餐桌安全；环保人员可手持设备监测污染物，及时应对突发环境事件……“从实验室走向生活，这款由多国团队共同研发的芯片，正在改写光谱成像技术的发展格局，也为民生保障和产业升级注入了新的科技力量。”