光谱仪是工业、农业、医疗检测核心设备，可穿戴嵌入式场景迫切需要小型化光谱仪，但现有微型光谱仪分辨率、精度不足，仅能粗略识别特征峰，无法满足计量级高精度检测需求，并且对于当前计算重构型光谱仪，重建计算量巨大、标定复杂、对噪声敏感，连续非稀疏光谱重建精度差，易出现光谱非线性畸变等问题。基于此，本文研究内容包括一是提出基于信号处理卷积定理的全新光谱仪架构。采用级联非平衡马赫-曾德尔干涉仪（MZI）构建周期性系统光谱响应 ，通过对各级MZI施加与自由光谱范围（FSR）成比例的相位调制，实现系统响应在光谱域循环平移，物理完成循环卷积运算得到强度 ，通过公式 计算出未知光谱。二是利用此系统对塑料、药品、咖啡、面粉及茶叶等多种固体样品的分类准确率高达100%，对水溶液和有机溶液浓度的测定精度更超越商用台式光谱仪。创新点一是提出基于信号处理卷积定理的全新光谱仪架构，同时具备显著的结构与计算简化优势，完全封装单元的体积仅约一厘米，成本低廉（约10美元），并在近红外区域提供500 nm的宽谱带宽。二是该仪器能在亚秒级采样与处理时间内实现复杂光谱的高精度解析，可应用于工业分析、农业检测及医疗监测等近红外光谱领域。文章结论为本文提出基于卷积定理的全新光学卷积光谱仪，依靠级联周期性干涉结构与光谱域相位调制实现光域循环卷积，通过傅里叶变换还原光谱，在带宽、分辨率、计算量、噪声鲁棒性上全面优于现有微型光谱仪。封装整机实现厘米级尺寸、约10美元成本，分辨率最高可达5.4 cm-1。该工作为低成本、高精度、可穿戴片上光谱计量提供全新技术路线，推动光谱传感从大型台式设备走向工业现场、消费健康终端。启发在于现有微型光谱仪多在色散、干涉、随机采样框架内优化，该研究证明信号处理基础数学定理（卷积定理）可直接映射为光学硬件架构，为下一代片上光谱仪提供全新底层设计范式，可拓展至微环谐振器等其他周期性光子器件。
文献来源：Nat. Photon. 20, 664–672 (2026).
作者：Chunhui Yao, Jie Ma, Ningning Wang, Peng Bao, Wei Zhuo, Tao Zhang, Wanlu Zhang, Kangning Xu, Ting Yan, Liang Ming, Yuxiao Ye, Tawfique Hasan, Ian White, Richard Penty & Qixiang Cheng
报告人：高恩博
