在光谱分析、光学传感、医学成像等领域，能够将光按波长分散的色散元件是核心部件。然而，传统的光栅或棱镜在微型化过程中面临性能瓶颈：尺寸缩小往往意味着分辨率下降或工作波段变窄。为了在不牺牲性能的前提下实现微型化，研究人员通常采用大量微结构单元（如光子晶体、滤光片阵列、超表面等）结合计算重建算法。但这种方法不仅结构复杂、制造困难，往往还需要外部刺激（如电、热）来调谐响应，增加了系统功耗与集成难度。通过单一、极致紧凑的微色散结构，不依赖任何外部刺激，实现多样化的宽带光谱响应，一直是微型光谱仪研发的重大挑战之一。

  近日，浙江大学光电科学与光电学院邱建荣教授团队联合国内外合作者，在热塑性聚合物（如聚碳酸酯）中，通过超快激光诱导的“微涡旋”结构，可以在仅10×10 μm²的极小区域内，实现超宽波段（400–1550 nm）、角度不敏感的光学色散，并基于该结构成功构建了低成本、高性能的片上微型光谱仪与显微光谱成像系统。

  2026年4月20日，该工作以“Precisely Encoding Geometric Features into Discrete Linear Polymer Chains for Robust Structure Engineering”为题发表在《Nature Electronics》上。文章第一作者是浙江大学副研究员张博和博士生刘世奇，通讯作者是张博副研究员、王卓助理研究员和邱建荣教授。该研究得到国家自然科学基金和浙江省自然科学基金的支持。

图1：基于超快激光诱导的热塑性聚合物色散微涡旋及其光谱应用概览。

  该工作是团队近期关于强场与物质相互作用原理及其光电子学应用相关研究的最新进展之一。在过去的五年中，团队针对超快激光在全无机透明电介质内部的自组织微纳加工机理和应用开展了一系列研究，并深入探索了具有不同空间构型的自组织结构在光学存储、三维显示、信息加密和光谱分析等多领域的应用（Nat. Commun., 2025, 16 (1): 6086; Nat. Commun., 2025, 16 (1): 5966; Light Sci. Appl., 2026, 15 (1): 177; Adv. Mater., 2023, 35 (47): 2303256; Light Sci. Appl., 2021, 10 (1): 93）。

  传统上，热塑性聚合物因其加工过程中易变形，被认为不适合构建精密微纳光子结构。但本团队反其道而行之，利用超快激光引发的微爆炸与流体动力学效应，在聚合物内部自组织形成了一对对称的微涡旋结构。这一过程伴随着显著的密度调制与应力集中，进而通过光弹效应诱导出强烈的光学各向异性，实现对透射光的梯度相位调制。与常规色散元件不同，这种微涡旋结构无需多个单元并行工作，也不依赖外部热、电调谐，仅凭自身结构即可生成丰富的、频率依赖的双折射信号，极大地简化了光谱系统的复杂度。该架构具有如下突出优势：

• 超高重复性与紧凑性：通过静态激光辐照，可批量制备高度一致的微涡旋结构；

• 透射与反射双模式兼容：适用于多种光学系统布局；

• 角度鲁棒性：在12°入射角偏差下仍保持稳定工作；

• 材料通用性强：不仅限于聚碳酸酯，还可拓展至PETG、聚醚砜等多种热塑性聚合物；

• 环境适应性强：嵌入式结构使其具有良好的机械与热稳定性

图2：超快激光诱导色散微涡旋的形成机制（受自然界流体涡旋启发）。

图3：利用 DVOS 实现对生物细胞标本的高分辨率显微光谱成像。

  研究团队将带有微涡旋的聚合物薄片与偏振膜、CMOS图像传感器直接集成，构建了“微涡旋片上光谱仪”（DVOS）。实验表明，该微型光谱仪不仅适用于常规光谱检测，还可实现高分辨率的显微光谱成像，用于生物细胞等微观样本的原位分析，展现了在生物医学、材料分析、可穿戴设备等领域的广阔应用前景。

  原文链接：https://doi.org/10.1038/s41928-026-01618-z