近日，清华大学电子系鲍捷教授团队，在材料科学领域国际知名期刊《Nano Research》发表题为《The Wave-Particle Duality of Light Manifested in Spectrometer Designs》的论文。该研究立足光的波粒二象性基本原理，系统概述了基于波动性和粒子基的两类光谱检测技术的原理、实现路径、核心特性、性能表现及应用拓展，为光谱技术的创新演进提供了新的理论视角。
本次发表的论文，以光的波粒二象性这一基础原理为研究切入点。尽管这一原理已被认知百年，但光谱测量方法仍主要植于光的波动性，传统波基范式光谱仪因此存在光谱特性与设备尺寸难以兼顾的局限，制约了其在现场检测等复杂场景的应用。
研究从原理层面系统将光谱技术划分为“波基”与“粒子基”两大并行范式，其中粒子基范式通过光子与量子点、纳米结构等敏感材料的本征相互作用直接编码光谱信息，从物理机制上摆脱了对入射光相位、偏振及复杂长光路系统的依赖。这一原理性突破，有望让光谱仪在追求高分辨率、宽光谱范围和高通量的同时兼顾设备小型化、坚固性与成本控制，为破解传统技术核心矛盾提供了新思路。
论文提出的粒子基技术路径，已在产业化实践中得到验证。依托相关原理，鲍捷教授团队在光谱技术高性能与微型化的产业化探索中，研发出量子点光谱传感芯片及一体化监测设备，将传统大型光谱分析仪尺寸缩小至手机摄像头级别，体积缩减至1/1000，在提升光通量、通道数及环境适应性的同时，保持了稳定的光谱分辨能力。
基于该核心技术，鲍捷教授团队研发的芯禹系列水环境监测终端及水环境大数据智慧监管系统，已形成从实时数据感知到智能分析决策的完整产品与解决方案体系。目前，该体系已在全国二十余个省市落地应用，服务于地表水水质监测、排水管网健康度诊断等场景，支撑了“长江大保护”等国家重大工程，相关技术装备入选住房和城乡建设部先进适用技术与产品目录，获国家层面相关认可。
前沿基础研究与产业实践的深度融合，是技术创新的重要动力。本次综述系统厘清了波基与粒子基两大光谱技术范式的发展脉络，全面覆盖原理、实现路径、核心特性等关键维度，既为光谱技术领域提供了系统的学术梳理，也为产业技术升级提供了理论基础。
以粒子基范式为代表的新一代光谱技术，应用边界正从实验室逐步延伸至环境监测、工业视觉、生命健康、消费电子等多个领域，在光谱成像等细分方向展现出良好发展潜力。鲍捷教授团队也将继续深耕前沿科学探索与产业转化工作，依托本次研究成果助力智能感知技术迭代优化，与行业伙伴协同拓展技术应用场景，为各行业数字化转型提供光谱感知支撑，助力社会可持续发展。
（责任编辑：鞠然）
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