Nature子刊聚焦高光譜波前成像,奧譜天成持續(xù)布局光譜前沿技術(shù)

單次曝光,獲取“光譜 × 波前"全信息
——Nature Communications 最新高光譜波前成像論文深度解讀
在高功率激光、超快光學(xué)、生物成像等前沿領(lǐng)域,“光譜信息"和“波前信息"往往同時決定系統(tǒng)性能。然而長期以來,這兩類信息通常需要分步測量或多次掃描完成,難以滿足單脈沖、瞬態(tài)過程或低重復(fù)頻率系統(tǒng)的測量需求。
近日,Nature Communications 在線發(fā)表論文《Single-shot hyperspectral wavefront imaging》,提出了一種真正意義上的單次曝光高光譜波前成像方法,為高光譜與波前測量的深度融合提供了全新技術(shù)路徑。
為什么“高光譜 + 波前"如此重要?
傳統(tǒng)波前傳感器(如 Shack-Hartmann)通常默認(rèn)一個前提:
波前在不同波長下是“一致的"
但在現(xiàn)實(shí)中,這一假設(shè)在多個關(guān)鍵場景中并不成立:
超短脈沖與超高功率激光:存在明顯的時-空-譜耦合
色散材料與等離子體相互作用:波前隨波長變化
生物與材料定量相位成像:折射率本身具有光譜依賴性
如果無法區(qū)分不同波長對應(yīng)的波前信息,測量結(jié)果往往只是“光譜平均"的近似值,難以反映真實(shí)物理過程。

一個器件,同時完成兩件事
論文的核心創(chuàng)新:該研究提出了一種基于多芯光纖(Multicore Fiber, MCF)的單次曝光高光譜波前傳感方案,其核心思想非常巧妙:
用多芯光纖替代傳統(tǒng) Hartmann 掩模
多芯光纖在角度維度上具備"記憶效應(yīng)"
入射波前的局部傾斜 → 成像平面的 speckle 平移
本質(zhì)仍是 Hartmann 波前測量思想
利用光纖的“光譜去相關(guān)特性"編碼光譜信息
不同波長在多芯光纖中產(chǎn)生統(tǒng)計上不相關(guān)的 speckle 圖樣
光譜信息被自然地“混疊編碼"進(jìn)一張圖像中
通過反演算法即可重建 波長 × 空間 的波前數(shù)據(jù)立方
最終效果:一張圖像,同時包含完整的高光譜強(qiáng)度與波前信息

性能表現(xiàn):不僅“能用",而且“定量"
論文通過多組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的定量能力:
光譜分辨率:約 2 nm(由多芯光纖特性決定)
波前精度:單次曝光下達(dá)到約 λ/60
可調(diào)節(jié)的空-譜分辨率權(quán)衡:
偏向高光譜 → 用于激光與色散測量
偏向高空間 → 用于顯微相位成像
特別值得關(guān)注的是,該系統(tǒng)在法國 Apollon 多拍瓦激光裝置上完成了單脈沖高光譜波前測量,成功獲取了激光脈沖在不同波長下的像差、色散與聚焦特性。
對于低重復(fù)頻率、無法掃描的超高能激光系統(tǒng)而言,這一點(diǎn)具有里程碑意義。

這項(xiàng)工作并不是傳統(tǒng)意義上的“高光譜成像",但它揭示了一個非常重要的發(fā)展方向:
高光譜不再只是“反射率或強(qiáng)度",而是向“光場全信息"演進(jìn)
從產(chǎn)業(yè)與工程視角來看,這一趨勢至少帶來三點(diǎn)啟示:
高光譜正在與“相位、波前、偏振"等維度深度融合
單一維度的光譜信息已難以滿足前沿應(yīng)用需求。
單次曝光、瞬態(tài)獲取能力將成為關(guān)鍵指標(biāo)
尤其在激光、等離子體、快速生物過程等領(lǐng)域。
系統(tǒng)級設(shè)計與算法同等重要
硬件創(chuàng)新 + 反演模型,正在成為高光譜系統(tǒng)的重要競爭力來源。
作為長期深耕高光譜技術(shù)的國產(chǎn)廠商,奧譜天成始終關(guān)注高光譜從“成像"走向“定量與機(jī)理解析"的發(fā)展趨勢。
無論是在:
高光譜精密標(biāo)定
高光譜與物理模型耦合
高光譜在科研級、工程級場景中的拓展應(yīng)用
核心目標(biāo)始終一致:
讓高光譜不只是“看見差異",而是“解釋差異、量化差異"。
這篇 Nature Communications 論文,正是這一方向的前沿縮影。
Blochet B. et al. Single-shot hyperspectral wavefront imaging Nature Communications, 2025
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