北大团队用 11 个反射节点构建超光谱光子芯片，复杂度可比至少 100 级传统级联

学术圈重大事件 · 发布 2026-08-11T22:41:23+08:00 · 更新 2026-08-11T22:46:17+08:00

核心结论

Nature Communications 8 月 11 日发布北京大学团队的超光谱光子集成电路：递归逆向设计联合优化反射节点几何与拓扑，单波导 11 个节点的光谱复杂度可比至少 100 级马赫–曾德尔级联，阵列在 800 纳米带宽内实现亚皮米重建。实验优势仍需在流片一致性、漂移、损耗和整机指标上验证。

Nature Communications 8 月 11 日发表北京大学团队的超光谱光子集成电路。传统片上光谱处理常把马赫–曾德尔干涉仪等器件逐级串联，用更多级数换取更丰富的光谱响应；这种路线的功能复杂度大致随级联深度线性增长，也会同步放大面积、损耗、控制和制造误差。新架构把一系列具有部分反射能力的节点连接在同一波导上，同时利用透射与反射干涉，扩大电路可访问的光程延迟分布。

团队用递归逆向设计联合优化节点几何和电路拓扑，让系统的光谱复杂度呈超线性增长。实验中，包含 11 个反射节点的单根波导产生的复杂度可比至少 100 级级联马赫–曾德尔干涉仪；由这类电路组成的阵列在 800 纳米带宽内重建出亚皮米分辨率的光谱。论文还展示同一器件同时监测光学与射频信号，试图把通常分属不同硬件链路的光谱分析和微波光子测量合并到片上平台。

这一结果的意义不只是把光谱仪缩小。对光通信、精密传感、天文光谱和光子计算而言，更复杂而紧凑的响应可以提高信息编码维度，并减少通过大量重复单元堆叠功能的需求；递归逆向设计则把“器件形状”和“网络连接”放在同一优化循环中，为超越人工经验设计提供路径。如果制造与校准能够稳定复制，类似结构可能成为宽带片上光谱仪、射频监测和混合信号前端的公共模块。

但“11 对 100”比较的是论文定义下的光谱复杂度，不等于所有性能指标或整机面积都提高同一倍数。亚皮米重建依赖阵列响应、标定算法、信噪比和温度稳定性；部分反射也可能引入损耗、串扰和对制造偏差的敏感性。当前结果仍是实验原型，后续需要独立流片验证长期漂移、封装、输入功率范围和批次一致性，并与商用光谱仪在速度、动态范围及总能耗上直接比较。

信息来源

• Nature Communications 论文
• DOI

可信度说明

Nature Communications 同行评议开放论文直接报告递归逆向设计、11 个反射节点、可比至少 100 级传统级联、800 纳米带宽和亚皮米重建结果。现有证据来自特定芯片与实验标定，尚不能把光谱复杂度优势等同为量产系统在成本、能耗、动态范围上的同比优势。

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