用普通材料实现超精细光谱快照

光谱学是测定物质和环境物理结构及化学成分的关键工具，广泛应用于多个科学领域。传统光谱技术依赖窄缝或光栅，导致光谱分辨率与光学透射率之间存在权衡，无法同时实现高灵敏度和高效率测量。本文介绍了RAFAEL——一种亚埃级超高透射率快照光谱技术，它基于铌酸锂集成可重构光子学，旨在解决这一权衡问题。其设计采用体铌酸锂作为干涉掩模，具有逐像素电可调谐的光谱响应，可实现皮米级调制和高光学透射率。该方法实现了88赫兹的快照光谱性能，在400-1000纳米波长范围内光谱分辨率约为0.5埃（R=12000），空间分辨率为2048×2048，总光学透射率达73.2%。与最先进的光谱成像仪相比，RAFAEL的总透射率提高了一倍，光谱分辨能力提升了近两个数量级，这已通过大量实验得到验证。特别是，RAFAEL在单次快照中捕捉了多达5600颗恒星的亚埃级光谱（包含所有原子吸收峰），表明其观测效率比世界级天文光谱仪提高了100-10000倍。这种高性能且易于集成的快照光谱方法有望推动从材料科学到天体物理学等多个领域的发展。