【導讀】在物質分析與健康監測領域
，光譜儀如同科學家和醫生的“眼睛”，能精準揭示物體的化學成分與含量。然而
，傳統高性能光譜儀往往體積龐大、價jia格ge昂ang貴gui
，且qie使shi用yong門men檻kan高gao。無wu論lun是shi在zai工gong業ye場chang景jing中zhong進jin行xing材cai料liao成cheng分fen識shi別bie與yu含han量liang檢jian測ce，還hai是shi在zai醫yi療liao健jian康kang領ling域yu開kai展zhan人ren體ti指zhi標biao分fen析xi，通tong常chang都dou離li不bu開kai複fu雜za的de采cai樣yang流liu程cheng、實驗室送檢，以及專業人員的操作和解讀。

如果能把這枚“光譜之眼”濃縮到一枚價格低廉的光芯片上，並實現對各種物質成分的實時檢測，那精密光譜分析將不再局限於實驗室
，而走進工廠車間、田間地頭，甚至融入日常穿戴設備
，成為人人可用的感知能力。

“光學卷積光譜儀”成果發表於《自然·光子學》（Nature Photonics）

近日，一個來自中國的團隊——徐州光引科技發展有限公司與劍橋大學團隊聯合宣布，成功研製出一種名為“光學卷積光譜儀”（Optical Convolutional Spectrometer）的麵向量產的革命性片上光譜係統
，革新了智能終端的交互邏輯。不僅解決了微型光譜儀性能、體積與成本的“不可能三角”難題
，還讓可穿戴設備從“記錄型電子產品”升級為真正意義上的“個性化智能健康管家”成為可能。這項突破性成果已發表於國際頂級期刊《自然·光子學》（Nature Photonics）。

光譜儀芯片架構與芯片實物圖

聯lian合he團tuan隊dui從cong底di層ceng數shu學xue原yuan理li出chu發fa，首shou次ci將jiang卷juan積ji運yun算suan直zhi接jie融rong入ru光guang學xue器qi件jian本ben身shen
，提ti出chu了le一yi類lei全quan新xin的de卷juan積ji式shi光guang譜pu儀yi架jia構gou。該gai設she計ji天tian然ran契qi合he微wei型xing化hua與yu係xi統tong級ji集ji成cheng的de需xu求qiu
，在zai保bao證zheng結jie構gou極ji簡jian、計算高效的同時
，實現了光譜信息的高保真
、高精度采集。該架構把複雜的光學係統集成到一個指甲蓋大小的模組內，實現了前所未有的性能與集成度平衡。但卻能精準“看透”從塑料、溶液、藥品乃至人體皮下組織等一係列複雜樣本中的關鍵成分

，結合AI算法可實現秒級的實時分析。

它的工作帶寬覆蓋超過500納(na)米(mi)的(de)近(jin)紅(hong)外(wai)波(bo)段(duan)
，采(cai)樣(yang)和(he)處(chu)理(li)速(su)度(du)達(da)到(dao)亞(ya)秒(miao)級(ji)，而(er)整(zheng)體(ti)成(cheng)本(ben)僅(jin)為(wei)傳(chuan)統(tong)設(she)備(bei)的(de)千(qian)分(fen)之(zhi)一(yi)
，最(zui)低(di)可(ke)達(da)萬(wan)分(fen)之(zhi)一(yi)
，低(di)至(zhi)百(bai)元(yuan)級(ji)，將(jiang)有(you)力(li)地(di)推(tui)動(dong)這(zhe)一(yi)成(cheng)果(guo)走(zou)向(xiang)大(da)眾(zhong)日(ri)常(chang)生(sheng)活(huo)。

《自然·光子學》的審稿人對此技術評價道：“本(ben)論(lun)文(wen)所(suo)提(ti)出(chu)的(de)新(xin)型(xing)微(wei)型(xing)化(hua)近(jin)紅(hong)外(wai)測(ce)量(liang)光(guang)譜(pu)儀(yi)兼(jian)具(ju)原(yuan)創(chuang)性(xing)與(yu)顯(xian)著(zhu)性(xing)能(neng)提(ti)升(sheng)，特(te)別(bie)是(shi)將(jiang)係(xi)統(tong)成(cheng)功(gong)集(ji)成(cheng)到(dao)可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)以(yi)實(shi)現(xian)生(sheng)物(wu)標(biao)誌(zhi)物(wu)的(de)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)，這(zhe)將(jiang)具(ju)備(bei)顯(xian)著(zhu)的(de)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)。”

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-026-01891-6

微型光譜的核心挑戰：性能
、體積與成本的“不可能三角”

在蘋果公司內部
，曾長期存在一個代號為“E5”的神秘項目。這個自喬布斯時代便已啟動的計劃，核心目標是通過微型紅外光譜係統實現無創血糖檢測。盡管蘋果多年來持續投入
、反複攻關

，這一項目至今仍未取得真正意義上的實質性突破。由於技術難度極高，這一方向曾被媒體形容為堪比“登月”的挑戰。

光學卷積光譜儀工作原理示意圖

挑戰背後，也折射出光譜儀微型化所麵臨的行業共性難題：如何在極致壓縮體積、顯著降低成本的同時，依然保持足夠高的測量精度與長期穩定性
？而目前已有的方案都難以跨越這一門檻：有些設計為了縮小體積
，而犧牲了光譜分辨率和帶寬
；有些則係統封裝不成熟

，難以在真實環境中可靠工作
，更是無法滿足嚴苛的光譜計量要求。

erguangyinkeji
，yijiayoujianqiaodaxuehuarenjiaoshouchuanglideyingkejigongsi，zhengyiquanxindejishulujinglaitupozheyikunju。tuanduipingjieqizaiguangzixinpianlingyudeshenhoujilei，congdicengshuxueyuanlichufa
，tichuleyileiquanxindejuanjishiguangpuyijiagou。gaishejitianranqiheweixinghuayuxitongjijichengdexuqiu，zaibaozhengjiegoujijian、計算高效的同時
，實現了光譜信息的高保真
、高精度采集


，從而打破長期困擾行業的“不可能三角”。

改變可穿戴市場的遊戲規則，一年內推出相關產品

從上世紀PPG（光電容積脈搏波）技術發明
，到2013年第一款PPG智(zhi)能(neng)手(shou)環(huan)問(wen)世(shi)，可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)的(de)核(he)心(xin)感(gan)知(zhi)範(fan)式(shi)其(qi)實(shi)並(bing)沒(mei)有(you)發(fa)生(sheng)根(gen)本(ben)性(xing)變(bian)化(hua)。時(shi)至(zhi)今(jin)日(ri)
，我(wo)們(men)日(ri)常(chang)佩(pei)戴(dai)的(de)許(xu)多(duo)智(zhi)能(neng)設(she)備(bei)所(suo)宣(xuan)稱(cheng)能(neng)夠(gou)檢(jian)測(ce)的(de)心(xin)率(lv)、血氧、睡眠質量等指標
，本質上仍主要建立在脈搏波這種單一維度的信號之上，再通過算法進行間接推算。這意味著，其可獲取的信息密度


、能夠覆蓋的指標範圍始終受限，檢測精度與穩定性也麵臨明顯瓶頸。

相比之下，微型光譜儀則帶來了一種“降維打擊”式的能力躍遷。不同於PPG低維、單點式的信息采樣，光譜儀獲取的
，則是在廣闊波段範圍內連續分布的高密度光譜信息

，包含真實反映物質本征屬性的“光譜指紋”。理論上，隻要具備足夠高的信噪比
、合適的波段設計以及可靠的算法支持，光譜技術就有潛力實現對多種成分和生理指標的直接分析。

生理指標無創檢測能力與智能穿戴應用

基(ji)於(yu)這(zhe)一(yi)路(lu)徑(jing)，光(guang)引(yin)科(ke)技(ji)率(lv)先(xian)論(lun)證(zheng)了(le)微(wei)型(xing)光(guang)譜(pu)儀(yi)在(zai)可(ke)穿(chuan)戴(dai)健(jian)康(kang)管(guan)理(li)與(yu)疾(ji)病(bing)風(feng)險(xian)預(yu)測(ce)這(zhe)一(yi)新(xin)興(xing)領(ling)域(yu)中(zhong)的(de)巨(ju)大(da)潛(qian)力(li)。通(tong)過(guo)大(da)規(gui)模(mo)誌(zhi)願(yuan)者(zhe)人(ren)體(ti)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)與(yu)分(fen)析(xi)，並(bing)結(jie)合(he)先(xian)進(jin)的(de)神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)算(suan)法(fa)，這(zhe)枚(mei)小(xiao)小(xiao)的(de)“光譜之眼”已能夠實現對多項關鍵皮下生理指標的無創、實時監測，包括膠原蛋白、皮膚水分
、皮膚油脂、血酒精
、血乳酸
，甚至具備對血糖變化趨勢進行連續監測的潛力。

一旦實現商業化落地，這項技術有望讓可穿戴設備從“記錄型電子產品”進一步升級為真正意義上的“個性化智能健康管家”。它所帶來的不隻是一次硬件能力的提升，更可能推動健康監測
、個護醫美
、運動恢複

，乃至智能終端交互邏輯的整體革新。

muqian，guangyinkejiyijingshixianqijingyuanjiguimoliupian，zhengzaituidongcijishudeguimohuafengzhuangliangchan
，bingjijiyugeluyejierenshihezuo。yuqijiangzaiyinianneituichudazaicijishudeshangyehuachanpin。