近日，光電學(xué)院太赫茲技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在莊松林院士的指導(dǎo)之下，首次提出了一種新型的集成式太赫茲渦旋發(fā)射器，并使用具有軌道角動(dòng)量（OAM）的渦旋電磁波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測(cè)。該器件可調(diào)諧頻率并激發(fā)具有不同拓?fù)潆姾傻能壍澜莿?dòng)量光束。研究團(tuán)隊(duì)使用正負(fù)拓?fù)潆姾陕?lián)合檢測(cè)的方法，實(shí)現(xiàn)了在微多普勒干擾信號(hào)中識(shí)別和檢測(cè)旋轉(zhuǎn)多普勒效應(yīng)。研究成果以“用于旋轉(zhuǎn)目標(biāo)探測(cè)的集成太赫茲渦旋光束發(fā)射器”（Integrated terahertz vortex beam emitter for rotating target detection）為題發(fā)表在《先進(jìn)光子學(xué)研究》（Advanced Photonics）期刊上，謝靜雅副教授為第一作者，上海理工大學(xué)為第一單位，通訊作者為上海交通大學(xué)周林杰教授和上海理工大學(xué)朱亦鳴教授。
太赫茲處于新興的電磁波波段，具有良好的穿透性，既可以兼顧到光域中主瓣直徑小、不易受電磁干擾影響的優(yōu)點(diǎn)，又可以直接在微波波段處理回波信號(hào)。多普勒效應(yīng)在我們的生活中無處不在，從用雷達(dá)跟蹤汽車的速度到在天空中定位衛(wèi)星，其核心是當(dāng)源和探測(cè)器相對(duì)于彼此運(yùn)動(dòng)時(shí)波如何改變其頻率。然而，傳統(tǒng)的雷達(dá)系統(tǒng)在試圖檢測(cè)與雷達(dá)信號(hào)成直角移動(dòng)的物體時(shí)遇到了障礙。攜帶軌道角動(dòng)量的渦旋電磁波旋轉(zhuǎn)多普勒效應(yīng)可以有效地解決傳統(tǒng)雷達(dá)對(duì)角運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)感知的盲點(diǎn)檢測(cè)問題。
研究團(tuán)隊(duì)提出了一種可調(diào)諧的太赫茲渦旋發(fā)射器，可以通過操縱頻率來激發(fā)具有±1拓?fù)潆姾傻臏u旋光束。這些渦旋光束隨后照射在旋轉(zhuǎn)物體上，產(chǎn)生的回波直接由線偏振天線接收，簡(jiǎn)化了探測(cè)過程，提高了整體效率。通過對(duì)頻譜內(nèi)的旋轉(zhuǎn)多普勒效應(yīng)進(jìn)行有效識(shí)別和檢測(cè)，可以準(zhǔn)確量化物體的旋轉(zhuǎn)速度，最大誤差幅度僅為2%左右。此外，通過在波導(dǎo)頂部部分刻蝕一個(gè)新的二階光柵來控制橫向自旋態(tài)，有效地解決了由于器件的高折射率對(duì)比度而引起的雙圓偏振疊加的難題，從而可以獲得單個(gè)圓偏振標(biāo)量渦旋光，使該器件非常適合進(jìn)行太赫茲頻率范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)。相較于現(xiàn)有的太赫茲頻段其他產(chǎn)生多拓?fù)浜蓽u旋光束的方法，該集成式太赫茲渦旋發(fā)射器可調(diào)控能力強(qiáng)，其光路構(gòu)建過程簡(jiǎn)單，容易規(guī)?；瘮U(kuò)展，且易受干擾，穩(wěn)定性較好。
由于集成器件的緊湊尺寸、低成本和大規(guī)模生產(chǎn)的潛力，該方法有望在未來的太赫茲雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)和對(duì)抗系統(tǒng)中投入使用。
文章鏈接：https://doi.org/10.1117/1.AP.5.6.066002
供稿：光電學(xué)院
