高分辨大宽带集成光子光谱仪成功实现天文观测
高分辨大宽带集成光子光谱仪成功实现天文观测
近日，中国科学院南京天文光学技术研究所天文光子学团队在面向天文观测的高分辨大宽带集成光子光谱仪研究方面取得新进展。团队提出并实现了一种基于级联相位调制波导阵列芯片与正交色散模块相结合的混合色散集成光子光谱仪（图1所示），在500 cm3量级体积内实现了超过25000的光谱分辨率和超过180 nm的工作带宽，并首次利用高分辨集成光子光谱仪实现了近红外太阳夫琅禾费线观测。相关成果发表在学术期刊Photonics Research上（DOI : 10.1364/PRJ.582324）。
图1高分辨率大宽带集成芯片光谱仪系统的总体示意图
团队采用低损耗氮化硅平台完成了光谱芯片制备，芯片尺寸仅为9.6 mm × 3.2 mm。系统集成后，整体光学组件体积小于500 cm3，相比传统米级太阳光谱仪体积缩小超过三个数量级。实验结果表明，该集成光谱仪在工作范围内分辨本领整体超过20000，在光谱中心附近最高达到约26500，当前系统总光谱覆盖范围约为180nm。通过优化成像光学系统和采用更大面阵探测器，未来工作带宽有望进一步拓展至数百纳米（图2所示）。
图2光谱分辨率和实测太阳光谱图
在天文观测验证方面，研究团队利用定天镜系统将太阳光引入实验室，并通过物镜耦合至单模光纤后输入光谱芯片（图3所示）。系统成功获取了近红外太阳吸收光谱，并清晰识别出位于1564.85 nm和1565.29 nm的Fe I太阳夫琅禾费吸收线，同时观测到多条邻近H?O吸收特征（图4所示）。这两条Fe I谱线是太阳物理研究中重要的近红外磁敏感谱线，常用于太阳磁场反演和塞曼分裂诊断。该结果表明，集成光子光谱仪不仅能够完成实验室条件下的高分辨光谱测量，也具备面向真实天文观测场景的应用潜力。
图3定天镜系统和实测集成光子光谱仪系统
图4基于集成光子光 谱仪测量的太阳近红外光谱
该研究证明了高分辨率、大带宽、高精度和小型化可以在集成光子光谱仪中同时实现。与传统高分辨天文光谱仪相比，该系统在体积、可复制性和模块化扩展方面具有显著优势。未来，该技术有望进一步应用于多目标光谱观测、积分视场光谱仪以及空间平台小型化高分辨光谱载荷。
研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省重点研发计划和中国科学院相关项目的支持。
论文链接：
https://www.researching.cn/ArticlePdf/m00072/2026/14/5/2038.pdf
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主题：集成光子光谱仪