英國(guó)劍橋大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合初創(chuàng)公司GlitterinTech，正式發(fā)布一款基于硅氮化物光子集成平臺(tái)的卷積光譜儀（convolutional spectrometer），單臺(tái)制造成本約10美元，外形尺寸僅數(shù)厘米，可在1200–1700 nm近紅外波段實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室級(jí)精度的光譜分析。該設(shè)備已通過(guò)多項(xiàng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證，包括塑料與藥品成分識(shí)別、咖啡與茶葉品質(zhì)判別、皮膚含水量及血液葡萄糖濃度無(wú)創(chuàng)測(cè)量等，為工業(yè)質(zhì)檢、食品安全和便攜式醫(yī)療傳感提供全新硬件基礎(chǔ)。

突破傳統(tǒng)光譜儀小型化性能瓶頸

傳統(tǒng)光譜儀依賴(lài)?yán)忡R或光柵分光，或通過(guò)傅里葉變換、重建算法解析光譜，但小型化后普遍面臨帶寬收窄、分辨率下降、信噪比惡化等問(wèn)題。這款新設(shè)備摒棄常規(guī)光學(xué)路徑，直接在光域內(nèi)實(shí)施卷積定理（convolution theorem）運(yùn)算：利用非平衡馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x與微環(huán)諧振器組成的周期性光學(xué)組件陣列，通過(guò)比例調(diào)節(jié)各單元相位響應(yīng)，使系統(tǒng)頻譜響應(yīng)產(chǎn)生可控偏移；再結(jié)合快速傅里葉變換（FFT），即可高效還原完整光譜。整個(gè)過(guò)程線(xiàn)性度高、計(jì)算負(fù)載極低，無(wú)需復(fù)雜標(biāo)定流程。

其核心優(yōu)勢(shì)在于“硬件不變、帶寬可擴(kuò)”——因采用周期性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，僅需增加相同光學(xué)單元數(shù)量，即可近乎無(wú)限擴(kuò)展光譜覆蓋范圍，而無(wú)需更改底層芯片布局或封裝形式。分辨率提升亦可通過(guò)堆疊更多微環(huán)諧振器實(shí)現(xiàn)，而非依賴(lài)更高精度的機(jī)械加工或更昂貴的探測(cè)器。

該光譜儀基于硅氮化物（SiN）光子集成電路平臺(tái)制造，兼容CMOS工藝，具備量產(chǎn)可行性。配套嵌入式電子模塊完成信號(hào)采集與初步處理，整機(jī)數(shù)據(jù)采集與分析耗時(shí)低于1秒。在–20°C至80°C寬溫區(qū)測(cè)試中性能穩(wěn)定，遠(yuǎn)超多數(shù)商用微型光譜模塊（通常限于0–50°C工作范圍），適用于戶(hù)外工業(yè)傳感器、車(chē)載環(huán)境監(jiān)測(cè)及貼膚可穿戴設(shè)備等嚴(yán)苛場(chǎng)景。

實(shí)測(cè)精度超越商用臺(tái)式設(shè)備

在材料與食品分析場(chǎng)景中，該設(shè)備對(duì)常見(jiàn)塑料（如PET、PP、PS）、固態(tài)藥品（阿司匹林、布洛芬）、咖啡豆、面粉及茶葉樣本的識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)；對(duì)水溶液與有機(jī)溶劑中目標(biāo)成分的濃度測(cè)定誤差控制在±0.01%以?xún)?nèi)，優(yōu)于當(dāng)前主流商用臺(tái)式近紅外光譜儀（典型誤差±0.03%–0.05%）。這一精度水平已滿(mǎn)足制藥行業(yè)原料鑒別、食品摻假篩查及化工過(guò)程質(zhì)控的基本要求。

在生物醫(yī)學(xué)驗(yàn)證環(huán)節(jié)，研究人員在真實(shí)生理?xiàng)l件下完成多項(xiàng)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)：通過(guò)手指或前臂皮膚表面反射光，同步獲取皮膚水分含量、血液酒精濃度（BAC）、血乳酸及血糖（glucose）水平。其中，單受試者連續(xù)4小時(shí)動(dòng)態(tài)血糖追蹤結(jié)果與靜脈血生化檢測(cè)值高度吻合（相關(guān)系數(shù)R2＞0.98），表明其具備臨床級(jí)連續(xù)監(jiān)測(cè)潛力。值得注意的是，所有測(cè)試均未使用熒光標(biāo)記、微針穿刺或電化學(xué)反應(yīng)，完全依賴(lài)光學(xué)漫反射信號(hào)建模反演。

該技術(shù)不依賴(lài)特定生物標(biāo)志物抗體或酶層，而是通過(guò)多波長(zhǎng)近紅外吸收特征建立多元回歸模型，因此適配性強(qiáng)——同一硬件平臺(tái)經(jīng)軟件參數(shù)重載，即可切換用于脫水預(yù)警、飲酒狀態(tài)識(shí)別或運(yùn)動(dòng)后乳酸堆積評(píng)估，大幅降低終端設(shè)備開(kāi)發(fā)門(mén)檻。

對(duì)中國(guó)B2B供應(yīng)鏈的實(shí)際影響

目前全球微型光譜傳感器市場(chǎng)仍由Hamamatsu（濱松）、Ocean Insight（原Ocean Optics）及ams OSRAM主導(dǎo)，主流產(chǎn)品單價(jià)在300–2000美元區(qū)間，且多集中于可見(jiàn)光或短波近紅外（<1100 nm），難以覆蓋血糖檢測(cè)所需的關(guān)鍵波段（1300–1600 nm）。劍橋方案采用SiN光子芯片，相較硅基或InGaAs探測(cè)器方案，具備更低暗電流、更高熱穩(wěn)定性及更優(yōu)近紅外透過(guò)率，同時(shí)規(guī)避了InP或GaAs材料的進(jìn)口管制風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)中國(guó)光電器件制造商而言，該架構(gòu)意味著兩條可行路徑：一是采購(gòu)SiN光子晶圓代工服務(wù)（如比利時(shí)imec、德國(guó)LIGENTEC），自主流片集成光學(xué)組件；二是與國(guó)內(nèi)已有SiN平臺(tái)能力的機(jī)構(gòu)（如中科院半導(dǎo)體所、上海微系統(tǒng)所）合作開(kāi)發(fā)兼容版模組。由于系統(tǒng)計(jì)算負(fù)荷極低，主控MCU可選用國(guó)產(chǎn)Cortex-M4/M7級(jí)別芯片，無(wú)需高端AI加速器，顯著降低BOM成本與供應(yīng)鏈復(fù)雜度。

對(duì)醫(yī)療器械OEM廠(chǎng)商，需重點(diǎn)關(guān)注其算法合規(guī)路徑：當(dāng)前版本屬研究級(jí)原型，尚未通過(guò)ISO 13485體系認(rèn)證或中國(guó)NMPA二類(lèi)器械注冊(cè)。若用于糖尿病管理等臨床場(chǎng)景，須基于GB/T 29791.3–2013《體外診斷醫(yī)療器械》標(biāo)準(zhǔn)，完成光學(xué)穩(wěn)定性、長(zhǎng)期漂移、交叉干擾及臨床等效性驗(yàn)證。建議優(yōu)先切入工業(yè)質(zhì)檢與食品快檢等非醫(yī)療器械賽道，積累量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與數(shù)據(jù)閉環(huán)后再向醫(yī)療延伸。

該技術(shù)落地將壓縮中低端近紅外傳感器價(jià)格帶，倒逼國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)商從單純模塊組裝轉(zhuǎn)向光路設(shè)計(jì)與算法建模能力建設(shè)。對(duì)于出口歐美市場(chǎng)的智能手環(huán)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端企業(yè)，可將其作為差異化賣(mài)點(diǎn)提前布局——尤其針對(duì)歐盟CE MDR新規(guī)下對(duì)非侵入式健康監(jiān)測(cè)功能的明確鼓勵(lì)條款，提前儲(chǔ)備技術(shù)接口與臨床驗(yàn)證數(shù)據(jù)。