在物质分析与健康监测领域，光谱仪如同科学家和医生的“眼睛”，能精准揭示物体的化学成分与含量。然而，传统高性能光谱仪往往体积庞大、价格昂贵，且使用门槛高。无论是在工业场景中进行材料成分识别与含量检测，还是在医疗健康领域开展人体指标分析，通常都离不开复杂的采样流程、实验室送检，以及专业人员的操作和解读。
如果能把这枚“光谱之眼”浓缩到一枚价格低廉的光芯片上，并实现对各种物质成分的实时检测，那精密光谱分析将不再局限于实验室，而走进工厂车间、田间地头，甚至融入日常穿戴设备，成为人人可用的感知能力。
“光学卷积光谱仪”成果发表于《自然·光子学》（Nature Photonics）
近日，一个来自中国的团队——徐州光引科技发展有限公司与剑桥大学团队联合宣布，成功研制出一种名为“光学卷积光谱仪”（Optical Convolutional Spectrometer）的面向量产的革命性片上光谱系统，革新了智能终端的交互逻辑。不仅解决了微型光谱仪性能、体积与成本的“不可能三角”难题，还让可穿戴设备从“记录型电子产品”升级为真正意义上的“个性化智能健康管家”成为可能。这项突破性成果已发表于国际顶级期刊《自然·光子学》（Nature Photonics）。
光谱仪芯片架构与芯片实物图
联合团队从底层数学原理出发，首次将卷积运算直接融入光学器件本身，提出了一类全新的卷积式光谱仪架构。该设计天然契合微型化与系统级集成的需求，在保证结构极简、计算高效的同时，实现了光谱信息的高保真、高精度采集。该架构把复杂的光学系统集成到一个指甲盖大小的模组内，实现了前所未有的性能与集成度平衡。但却能精准“看透”从塑料、溶液、药品乃至人体皮下组织等一系列复杂样本中的关键成分，结合AI算法可实现秒级的实时分析。
它的工作带宽覆盖超过500纳米的近红外波段，采样和处理速度达到亚秒级，而整体成本仅为传统设备的千分之一，最低可达万分之一，低至百元级，将有力地推动这一成果走向大众日常生活。
《自然·光子学》的审稿人对此技术评价道：“本论文所提出的新型微型化近红外测量光谱仪兼具原创性与显著性能提升，特别是将系统成功集成到可穿戴设备以实现生物标志物的实时监测，这将具备显著的经济效益。”
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-026-01891-6
微型光谱的核心挑战：性能、体积与成本的“不可能三角”
在苹果公司内部，曾长期存在一个代号为“E5”的神秘项目。这个自乔布斯时代便已启动的计划，核心目标是通过微型红外光谱系统实现无创血糖检测。尽管苹果多年来持续投入、反复攻关，这一项目至今仍未取得真正意义上的实质性突破。由于技术难度极高，这一方向曾被媒体形容为堪比“登月”的挑战。
光学卷积光谱仪工作原理示意图
挑战背后，也折射出光谱仪微型化所面临的行业共性难题：如何在极致压缩体积、显著降低成本的同时，依然保持足够高的测量精度与长期稳定性？而目前已有的方案都难以跨越这一门槛：有些设计为了缩小体积，而牺牲了光谱分辨率和带宽；有些则系统封装不成熟，难以在真实环境中可靠工作，更是无法满足严苛的光谱计量要求。
而光引科技，一家由剑桥大学华人教授创立的硬科技公司，正以全新的技术路径来突破这一困局。团队凭借其在光子芯片领域的深厚积累，从底层数学原理出发，提出了一类全新的卷积式光谱仪架构。该设计天然契合微型化与系统级集成的需求，在保证结构极简、计算高效的同时，实现了光谱信息的高保真、高精度采集，从而打破长期困扰行业的“不可能三角”。
改变可穿戴市场的游戏规则，一年内推出相关产品
从上世纪PPG（光电容积脉搏波）技术发明，到2013年第一款PPG智能手环问世，可穿戴设备的核心感知范式其实并没有发生根本性变化。时至今日，我们日常佩戴的许多智能设备所宣称能够检测的心率、血氧、睡眠质量等指标，本质上仍主要建立在脉搏波这种单一维度的信号之上，再通过算法进行间接推算。这意味着，其可获取的信息密度、能够覆盖的指标范围始终受限，检测精度与稳定性也面临明显瓶颈。
相比之下，微型光谱仪则带来了一种“降维打击”式的能力跃迁。不同于PPG低维、单点式的信息采样，光谱仪获取的，则是在广阔波段范围内连续分布的高密度光谱信息，包含真实反映物质本征属性的“光谱指纹”。理论上，只要具备足够高的信噪比、合适的波段设计以及可靠的算法支持，光谱技术就有潜力实现对多种成分和生理指标的直接分析。
生理指标无创检测能力与智能穿戴应用
基于这一路径，光引科技率先论证了微型光谱仪在可穿戴健康管理与疾病风险预测这一新兴领域中的巨大潜力。通过大规模志愿者人体数据采集与分析，并结合先进的神经网络算法，这枚小小的“光谱之眼”已能够实现对多项关键皮下生理指标的无创、实时监测，包括胶原蛋白、皮肤水分、皮肤油脂、血酒精、血乳酸，甚至具备对血糖变化趋势进行连续监测的潜力。
一旦实现商业化落地，这项技术有望让可穿戴设备从“记录型电子产品”进一步升级为真正意义上的“个性化智能健康管家”。它所带来的不只是一次硬件能力的提升，更可能推动健康监测、个护医美、运动恢复，乃至智能终端交互逻辑的整体革新。
目前，光引科技已经实现其晶圆级规模流片，正在推动此技术的规模化封装量产，并积极与各路业界人士合作。预期将在一年内推出搭载此技术的商业化产品。
