Китайские учёные создали спектроскопический чип размером с SIM-карту для изучения Вселенной

Китайские исследователи разработали спектроскопический чип с новой технологией, который предлагает беспрецедентное сочетание исключительного разрешения и панорамного обзора, открывая потенциал для более чёткого, быстрого и широкого сканирования Вселенной.

В то время как обычные высокоразрешающие спектрометры часто громоздки и тяжелы, чип, названный RAFAEL на английском и Юйхэн (Yuheng) на китайском, имеет размер мобильной SIM-карты, сообщили исследователи из Университета Цинхуа. Исследование было опубликовано в международном журнале Nature 15 октября.

Рассматривая применение технологии в астрономии, Фан Лу, руководитель исследования и профессор факультета электротехники Университета Цинхуа, заявила, что чип способен захватывать полные спектральные данные с субангстремным разрешением для примерно 10 000 звёзд в секунду.

«Используя традиционные методы сканирования, составление полных спектров для всех звёзд Млечного Пути заняло бы тысячи лет», — сказала Фан. «Этот чип потенциально может сократить это время до менее чем десяти лет».

Более того, его миниатюрный дизайн также позволяет устанавливать его на спутники или космические зонды, что даёт надежду на создание беспрецедентных спектральных карт Вселенной в ближайшие годы, добавила она.

Основное новшество, встроенное в спектроскопический формирователь изображений, решает давнюю проблему в спектральной визуализации — компромисс между разрешением и шириной поля, что означает, что чрезвычайная чёткость и тонкие детали могут быть достигнуты только за счёт широкого поля зрения, и наоборот.

Фан и её команда преодолели эту дилемму, используя передовые методы вычислительной визуализации и перестраиваемую интегрированную фотонику на основе ниобата лития.

«В результате получается спектроскопия моментального снимка с пространственным разрешением на уровне 10 мегапикселей и спектральным разрешением субангстрем в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах длин волн», — сказала она.

По словам Фан, это даёт спектрометрам возможность различать длины световых волн до десятимиллионных долей миллиметра и обнаруживать малейшие вариации энергии, одновременно захватывая широкоугольные сцены с высоким разрешением.

«Эта новая техника значительно превосходит существующие международные аналоги в спектроскопии моментальных снимков, улучшая спектральное разрешение на два порядка величины», — отметила Фан.

Она добавила, что прототип технологии на чипе имеет длину и ширину 2 сантиметра и глубину 0,5 сантиметра, что делает его очень портативным и адаптируемым для будущих космических и астрономических применений.

Согласно исследовательской работе, экспериментальные результаты показали перспективные практические применения технологии для идентификации материалов, здоровья растений, автономного вождения, атомной спектроскопии, астрономических наблюдений и других областей.

Фан сообщила, что ведутся работы по внедрению технологии в использование на крупноапертурных телескопах в обсерваториях в уезде Синлун в провинции Хэбэй, Лицзяне в провинции Юньнань и на Канарских островах в Испании.

«Это исследование знаменует собой не конец, а начало, показывая, как интеллектуальная фотоника может продолжать раздвигать границы того, что может раскрыть свет», — заключила она.