光谱芯片技术突破与微型化滤光片产业机遇：从实验室到消费电子的跨越式发展
光谱检测从"仪器"到"芯片"的范式跃迁
光谱分析技术长期被视为材料科学和生物医学领域的"黄金标准"。然而，传统光谱仪依赖于棱镜、光栅等精密分光元件，其体积、成本和操作门槛始终将光谱检测限制在实验室之内。一台典型台式光谱仪动辄数十公斤，价格从数千美元到数万美元不等，需要专业人员校准和维护。
这一局面正在被颠覆。随着半导体工艺、计算光学与微纳制造技术的交汇融合，光谱检测正在经历从"仪器"到"芯片"的范式跃迁。以硅基光电子和计算式光谱重建为核心的新一代光谱芯片，将此前需要占据整张实验台的光谱分析功能浓缩至毫米级硅片上，使光谱感知能力有望像摄像头一样成为智能终端的标配传感器。
在这一变革中，微型化滤光片扮演着不可替代的角色。无论是基于窄带滤光片阵列的波长选择方案，还是将干涉滤光片直接嵌入CMOS图像传感器的"芯片上滤光片"（Filter-on-Chip）技术，滤光片的光谱选择精度、镀膜均匀性和集成兼容性，直接决定了光谱芯片的整体性能上限。
光谱芯片从实验室到量产
计算式光谱仪：以算法替代物理分光
传统光谱仪的核心逻辑是"先分光，后探测"——通过棱镜或光栅将复合光按波长展开，再由探测器阵列逐点读取。这种架构成熟可靠，但物理分光所需的光程决定了体积难以大幅缩减。
计算式光谱仪则另辟蹊径：用芯片上的采样单元对入射光进行编码调制，再通过人工智能算法从有限测量数据中反向重建完整光谱信息。这一技术路线将光学系统的复杂性从物理层面转移到了算法层面，从根本上突破了体积瓶颈。
以光引科技（GlitterinTech）为例，这家由剑桥大学研究团队孵化的硅基光电子芯片企业，其光谱芯片波长覆盖600—2500nm，分辨率最高可达0.01nm。芯片尺寸仅为米粒大小，预估量产后单片成本可控制在20美元以内，而当前市场上主流光谱模组产品价格区间为100至2000美元。2026年7月，光引科技完成1亿元Pre-A轮融资，投资方包括光子强基基金、中科创星、长飞基金等机构，资金将主要用于量产推进（据36氪2026年7月4日报道）。
国产光谱芯片的产业化里程碑
2024年11月，国产手机首次搭载求是光谱的成像光谱芯片实现量产。这颗5mm芯片采用软硬件一体化光谱解调架构，通过低精度光刻工艺增加光谱数据维度，实现了"二维成像+光谱多维信息"同步采集。在手机影像白平衡传感器细分市场，求是光谱市占率从2024年的21%攀升至2025年的约40%（据人民网2026年7月21日报道《一颗"芯"的成像革命》）。
求是光谱2025年产值达1.89亿元，较2024年的5900万元增长超两倍，2026年保守预计接近3亿元。这一增长曲线表明，光谱芯片在消费电子领域已进入规模化商业落地阶段。
多技术路线并行演进
光谱芯片领域呈现多路线并行态势。荷兰MantiSpectra公司开发的ChipSense™芯片，采用磷化铟（InP）晶圆集成砷化铟镓（InGaAs）光电探测器与薄膜滤光片，搭载16通道谐振腔增强型探测器阵列，覆盖500—1700nm波段。芯片尺寸仅1.55×1.55×0.6mm，信噪比达80dB，已在塑料分类、大米水分检测等场景验证，分类准确率94.9%（据友思特官网及埃因霍温大学验证数据）。
德国Fraunhofer IST在2026年OptecNet年会上展示了"芯片上滤光片"技术：将可集成干涉滤光片直接嵌入CMOS图像传感器。该方案基于研究所自主研发的EOSS®溅射平台，可制造宽带线性可变滤光片和像素级精确结构化滤光片，覆盖可见光至近红外波段，滤光片基底仅10mm（据Fraunhofer IST 2026年5月27日新闻稿）。
微型化滤光片在光谱芯片中的关键角色
光谱芯片的核心功能是对不同波长光进行选择性探测，这一功能的实现高度依赖微型化滤光片。在ChipSense™方案中，滤光片与探测器在晶圆级直接集成，每个像素上方的薄膜滤光片结构决定其光谱响应特征。在Fraunhofer IST方案中，干涉滤光片直接嵌入CMOS像素阵列，实现像素级光谱选择。滤光片扮演着"波长路由器"的角色——决定哪些波长的光到达探测器，将光谱信息编码为可测量的电信号。
光谱芯片的波长分辨能力，很大程度上取决于滤光片的带宽。光引科技实现0.01nm超高分辨率的关键，正是其硅光芯片上的精密光谱调制结构——本质上是一种基于硅光波导的集成光学滤波方案。对于薄膜滤光片阵列路线，超窄带滤光片（如0.25nm带宽）能够在密集波长通道中精确筛选目标信号，同时高截止深度（OD6级别）确保对非目标波长的有效抑制，降低通道间串扰。
在微型光谱仪中，带通滤光片是实现多通道并行探测的核心元件。通过在探测器阵列上覆盖不同中心波长的带通滤光片，可同时获取多个波段光谱信息，无需机械扫描。这要求制造商在极小基底上实现不同中心波长滤光片的精确排布，对中心波长精度、带宽一致性和温度稳定性提出严苛要求。
从消费电子到多领域渗透
手机影像是光谱芯片在消费电子领域最先落地的场景。求是光谱的实践表明，光谱芯片可实现分区成像、分区域采集光谱光源信息，针对性校准白平衡，色彩还原度显著优于传统单点色温传感器。光引科技已与华为、小米等企业建立合作，其副总裁徐康宁表示，目标是将光谱传感器搭载进智能手表，实现"腕上诊所"——通过光谱传感检测胶原蛋白、血糖、乳酸等多种生物标志物。
在智慧农业场景中，微型光谱芯片可集成进小型设备，农户拍摄作物即可识别病虫害与养分信息。求是光谱已与国内头部家电企业合作开发食材新鲜度检测方案，光引科技则与多家酒企合作，利用光谱传感器监控发酵过程。在医疗领域，光谱芯片可集成至内窥镜辅助病变识别；在汽车电子和AR/VR领域，光谱传感器可用于环境光感知和材料识别。
据The Business Research Company报告，全球微型光谱仪市场预计从2025年的11.8亿美元增长至2030年的21.5亿美元，CAGR达12.8%，可穿戴光谱仪应用是主要增长驱动因素。亚太地区以约37%的市场份额位居全球首位，与中国在消费电子制造和光电产业集群方面的活跃度高度吻合。
技术挑战：微型化滤光片的镀膜精度与一致性
光谱芯片对滤光片的要求远超传统光学滤光片。消费电子摄像头滤光片主要关注可见光波段的整体截止性能，而光谱芯片滤光片需在极小尺寸内实现多个不同波长的精确选择，每个通道的中心波长偏差可能直接影响光谱重建准确性。
当滤光片尺寸缩小到像素级别（如130×605μm），镀膜过程中的边缘效应、微观不均匀性等问题被显著放大。要实现像素级滤光片的中心波长一致性和批次间重复性，需要镀膜设备、工艺控制和检测手段的全面升级。
Fraunhofer IST的"芯片上滤光片"方案指明了重要发展方向：将干涉滤光片直接制造在CMOS传感器上。这消除了滤光片与探测器之间的对准误差，但CMOS传感器对高温工艺敏感，而高质量干涉滤光片的沉积通常需要较高基片温度。如何在保证滤光片光学性能的同时不损伤底层电路，是走向量产必须跨越的障碍。EOSS®溅射平台通过等离子体辅助沉积技术在降低基片温度的同时保持膜层致密性，为这一难题提供了可行方案。
光引科技副总裁徐康宁指出，光谱传感赛道面临产业链不匹配的挑战——光源、封装、测试设备都需重新搭建，约20%的核心工艺和产线必须自行开发。滤光片作为核心光学元件，其定制化程度和工艺难度在其中占据相当比重。
微型化滤光片产业的战略机遇
随着求是光谱进入规模化量产（2026年产值预计近3亿元）以及光引科技加速推进量产，光谱芯片对微型化滤光片的需求正从"实验室定制"转向"批量采购"。这要求滤光片供应商具备从研发打样到批量交付的全链条能力。不同于消费电子滤光片的标准化需求，光谱芯片滤光片需根据具体场景进行定制化设计——不同波段、分辨率、通道数对应不同参数组合。具备灵活设计能力和快速响应能力的企业将在竞争中占据优势。
光谱芯片向更高分辨率演进将直接拉动超窄带滤光片需求。0.25nm级别带宽恰好契合光谱芯片对高波长选择性的需求，高截止深度（OD6）特性有助于降低通道间串扰。在近红外波段（1000—2500nm），有机物特征吸收峰密集，高抑制比窄带滤光片对准确物质识别至关重要。
尽管计算式光谱仪在体积和成本上表现出色，基于带通滤光片阵列的传统方案在工业质量控制、药品检测等对数据可靠性要求极高的场景中仍具不可替代价值——其光谱数据物理可解释性更强。这意味着带通滤光片需求将长期存在，并随微型光谱仪市场整体增长而持续扩大。
从更宏观视角看，光谱芯片产业正推动整条光学薄膜产业链升级。长春打造千亿级光电信息产业集群的战略布局中，求是光谱填补了光谱芯片设计空白，与之配套的滤光片、镀膜设备等上下游环节同样面临发展机遇。光谱芯片产业的壮大，将为国产精密光学镀膜技术提供更广阔的应用验证场景和迭代升级机会。
光谱芯片正站在从实验室走向大众市场的关键节点。求是光谱5mm芯片在国产手机中的量产搭载、光引科技1亿元融资的产业信心、Fraunhofer IST"芯片上滤光片"的技术突破、ChipSense™在多场景中的实战验证——这些信号共同表明，光谱检测的微型化、芯片化、低成本化已不是"是否会发生"的问题，而是"多快会普及"的问题。
在这一进程中，微型化滤光片作为光谱芯片的"波长路由器"，其技术水平和供应能力将直接影响产业整体节奏。从超窄带滤光片到片上集成干涉滤光片，从多通道带通滤光片阵列到像素级精确结构化滤光片，微型化滤光片的技术演进正在与光谱芯片的创新浪潮形成同频共振。对于光学薄膜行业而言，光谱芯片的产业化打开了新的增量空间，那些在镀膜精度、量产一致性和定制化设计方面建立核心竞争力的企业，将在这场光谱感知普及浪潮中占据先机。
参考文献
- 人民网，《一颗"芯"的成像革命》，2026年7月21日。来源：https://news.ifeng.com/c/8uwA4Y0daQ2
- Fraunhofer IST, "Filter-on-chip for compact spectral analysis", Press Release, May 27, 2026. 来源：https://www.ist.fraunhofer.de/en/press-media/2026/filter-on-chip-for-compact-spectral-analysis.html
- 36氪，《剑桥副教授创业硅光芯片，已合作华为，获一亿投资》，2026年7月4日。来源：https://ad.36kr.com/p/3879991356157952
- 友思特科技，《ChipSense™ 光谱传感器芯片产品介绍》。来源：https://viewsitec.com/mantispectra-chipsense/
- 友思特科技，《从实验室到现场：全集成近红外光谱传感芯片的应用革命》，2026年3月30日。来源：https://viewsitec.com/instrument-component/chipsense-from-lab-to-field/
- The Business Research Company, Miniature Spectrometer Market Report, 2025. 转引自36氪报道。
- pmarketresearch, "Worldwide Mini-spectrometers Market 2026", March 2026. 来源：https://pmarketresearch.com/worldwide-mini-spectrometers-market-research/
- 中国电子元件行业协会，《光引科技完成1亿元Pre-A轮融资》，2026年7月8日。来源：https://www.ic-ceca.org.cn/dongtai/1775385.html