Одно фото — 5600 звезд. Китайский оптический чип увеличил эффективность астрономии в 10 000 раз

Чип Yuheng может запечатлеть спектры 5600 звезд на одном изображении.

Команда ученых из Университета Цинхуа представила оптический чип Юхэнтакже называемый Рафаэлькоторый способен видеть мир и звезды с точностью, недостижимой традиционными камерами и спектрометрами. Устройство размером не больше ногтя, но оно может анализировать свет в реальном времени с лабораторной точностью.

По словам исследователей, чип обеспечивает спектральную четкость в 100 раз выше, чем обычные системы мгновенной обработки изображений, и может различать цвета, разделенные менее чем десятой долей нанометра.

Авторы статьи отмечают, что их метод «высокопроизводительного и легко интегрируемого спектрального анализа» может способствовать развитию исследований в таких областях, как материаловедение и астрофизика. Потенциал Yuheng огромен: например, он может ускорить картографирование Млечного Пути — процесс, который обычно занимает тысячу лет, — до менее чем десятилетия.

Прорыв основан на переосмыслении фундаментальной задачи оптики. Обычно устройства светоанализа делят поток на спектр цветов, что требует громоздких конструкций и снижает интенсивность света. Этот компромисс между разрешением и эффективностью долгое время препятствовал разработке компактных и точных устройств.

Ученые пошли другим путем: вместо физического разделения лучей Юхэн пропускает весь свет сразу, создавая внутри уникальную интерференционную картину. Используется кристалл ниобата лития, который меняет направление света под воздействием электрического напряжения, а специальные алгоритмы восстанавливают исходный спектр.

В результате устройство сохраняет 73% светопропускания и работает со скоростью 88 кадров в секунду, сочетая в себе высокое разрешение, яркость и скорость. По мнению авторов, RAFAEL способен снимать спектры с субгангстремовым разрешением и получать данные о 5600 звездах за один кадр, что означает в 100-10 000 раз большую эффективность наблюдений, чем современные астрономические спектрометры.

Исследователи называют Yuheng шагом на пути к созданию миниатюрных устройств, способных выполнять сложные оптические задачи. В медицине эти чипы можно будет использовать для неинвазивного анализа тканей, что поможет в раннем выявлении заболеваний.

В промышленности и окружающей среде микрочип может использоваться в дронах для мониторинга состояния почвы и загрязнения, а также в беспилотных транспортных средствах для более точного распознавания дорожных покрытий и объектов в сложном освещении.

В области астрономии команда планирует протестировать Юхэн на испанском Gran Telescopio Canarias, крупнейшем в мире оптическом телескопе с одним зеркалом. С его помощью исследователи хотят изучать звезды, галактики, темную материю и черные дыры более эффективно, чем когда-либо прежде.

Пока технология остается экспериментальной: разработчики продолжают улучшать стабильность и возможности интеграции. Полный текст исследования опубликован в журнале Nature.