光谱检测是物质识别与成分分析的重要手段，已广泛应用于科研、医疗、环境治理和工业制造等领域。但更大范围推广时，行业长期面临一项制约：高性能往往伴随更大的体积、更复杂的光路和更高的成本，难以适应现场化、普遍部署的需求。如何在小体积器件上同时实现高分辨率、宽谱覆盖与高通量，成为光谱技术走向更广泛应用的关键。 从技术根源看，传统光谱仪主要基于光的波动性，依靠棱镜、光栅、干涉等方式进行物理分光。本质上，这是一种对光路尺度高度敏感的“空间分光”方法：要提升分辨率，往往需要更长的光程、更精密的机械结构和更稳定的系统环境。物理规律使分辨率与仪器尺寸之间存在难以回避的耦合关系，因此传统方案在微型化过程中容易出现性能下滑。 ，清华大学电子系鲍捷教授团队在材料科学领域国际期刊《Nano Research》发表论文《The Wave-Particle Duality of Light Manifested in Spectrometer Designs》——从光的波粒二象性出发——系统梳理并对比两类光谱检测设计思路，提出粒子基光谱技术在工程实现上的潜在优势。研究指出，粒子基路线的核心在于改变“获取光谱信息”的方式：不再主要依赖宏观光路完成空间分光，而是利用光与物质在微观尺度的相互作用，将不同波段光子的特征“写入”材料响应中，形成可读取、可重构的编码结果。 其核心架构可概括为“材料—编码—算法”三位一体。第一步在材料层面进行能带工程，通过对量子点、钙钛矿等纳米材料的尺寸、组分与结构设计，获得对不同频率光子具有差异化响应的材料单元；第二步在系统层面构建编码，将大量响应函数各异的微观单元集成到微型芯片或阵列中，形成高维、低冗余的光谱编码；第三步在信息层面引入算法重构，借助压缩感知等方法求解逆问题，从阵列输出信号中恢复入射光的光谱分布。由此，光谱获取从“光路决定性能”转向“材料响应与计算重构共同决定性能”，为在更小尺度上实现高性能提供了新路径。 从应用影响看，该路线一旦工程化成熟，可能带来多行业使用形态的变化。环境监测上，毫米级器件具备低成本、高密度布设的潜力，可用于构建分布式传感网络，实现对大气污染物、水体关键指标等的实时原位监测，提升治理的精细化水平与响应速度。生物医学方面，微型光谱器件有望进入便携、可穿戴或床旁检测场景，为体液标志物分析、血氧等指标监测提供更便捷的手段，推动检测从集中式走向居家化与连续化。工业质检与智慧农业方面，器件可嵌入生产线或搭载无人机、机器人平台，实现对原材料成分、产品品质、作物病虫害等的无损快速筛查，提高质量管控效率与农业管理水平。消费电子方面，若实现规模化量产并保持稳定一致，光谱感知能力有望成为手机、智能家居等产品的新功能，食品安全、真伪鉴别、个性化服务等场景拓展用户体验。 不过，从实验室走向产业落地仍需系统推进。对策层面，首先要持续加强基础研究，深化对光与材料相互作用机理的理解，提高材料响应的可设计性与可重复性；其次要突破工程制造关键环节，包括材料制备一致性、微纳加工良率、器件封装与长期稳定性等；再次要推动系统集成与算法协同优化，在保证重构精度的同时控制算力消耗、时延与能耗，以适配终端侧和边缘侧应用；同时还需建立更完善的测试评价体系与标准化路径，解决不同场景下的标定、可靠性与可维护性问题。目前已有企业开展对应的布局，为“学术探索—技术开发—产业转化”的闭环提供了实践支撑。 展望未来，粒子基光谱技术若在材料可控性、规模化制造与软硬件协同上持续突破，并在成本与可靠性上达到产业要求，其应用更有可能从特定行业设备走向通用传感能力。随着现场化、智能化的物质感知需求不断增长，光谱仪从“实验室仪器”走向“通用部件”的趋势或将加速，并在健康管理、绿色治理与智能制造等领域释放更大价值。
这项源自基础物理原理的创新成果，反映了原始创新对技术演进的推动作用。它不仅是实验室中的科学发现，也为产学研协同转化提供了可借鉴的路径。当科学与工程的研究成果走向可用、可及的产品与服务，才能真正形成面向公众的价值。在建设科技强国的进程中，这类跨学科融合创新有望催生更多具有国际影响力的中国方案。