近日，光電學院太赫茲技術創新團隊在莊松林院士的指導之下，首次提出了一種新型的集成式太赫茲渦旋發射器，并使用具有軌道角動量（OAM）的渦旋電磁波對目標進行轉速檢測。該器件可調諧頻率并激發具有不同拓撲電荷的軌道角動量光束。研究團隊使用正負拓撲電荷聯合檢測的方法，實現了在微多普勒干擾信號中識別和檢測旋轉多普勒效應。研究成果以“用于旋轉目標探測的集成太赫茲渦旋光束發射器”（Integrated terahertz vortex beam emitter for rotating target detection）為題發表在《先進光子學研究》（Advanced Photonics）期刊上，謝靜雅副教授為第一作者，上海理工大學為第一單位，通訊作者為上海交通大學周林杰教授和上海理工大學朱亦鳴教授。
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點，又可以直接在微波波段處理回波信號。多普勒效應在我們的生活中無處不在，從用雷達跟蹤汽車的速度到在天空中定位衛星，其核心是當源和探測器相對于彼此運動時波如何改變其頻率。然而，傳統的雷達系統在試圖檢測與雷達信號成直角移動的物體時遇到了障礙。攜帶軌道角動量的渦旋電磁波旋轉多普勒效應可以有效地解決傳統雷達對角運動趨勢感知的盲點檢測問題。
研究團隊提出了一種可調諧的太赫茲渦旋發射器，可以通過操縱頻率來激發具有±1拓撲電荷的渦旋光束。這些渦旋光束隨后照射在旋轉物體上，產生的回波直接由線偏振天線接收，簡化了探測過程，提高了整體效率。通過對頻譜內的旋轉多普勒效應進行有效識別和檢測，可以準確量化物體的旋轉速度，最大誤差幅度僅為2%左右。此外，通過在波導頂部部分刻蝕一個新的二階光柵來控制橫向自旋態，有效地解決了由于器件的高折射率對比度而引起的雙圓偏振疊加的難題，從而可以獲得單個圓偏振標量渦旋光，使該器件非常適合進行太赫茲頻率范圍內的旋轉速度檢測。相較于現有的太赫茲頻段其他產生多拓撲荷渦旋光束的方法，該集成式太赫茲渦旋發射器可調控能力強，其光路構建過程簡單，容易規模化擴展，且易受干擾，穩定性較好。
由于集成器件的緊湊尺寸、低成本和大規模生產的潛力，該方法有望在未來的太赫茲雷達目標探測和對抗系統中投入使用。
文章鏈接：https://doi.org/10.1117/1.AP.5.6.066002
供稿：光電學院
