近日，上海市现代光学系统重点实验室太赫兹技术创新团队在庄松林院士的指导之下，首次提出了一种新型的集成式太赫兹涡旋发射器，并使用具有轨道角动量（OAM）的涡旋电磁波对目标进行转速检测。该器件可调谐频率并激发具有不同拓扑电荷的OAM光束。研究团队使用正负拓扑电荷联合检测的方法，实现了在微多普勒干扰信号中识别和检测旋转多普勒效应。研究成果以“用于旋转目标探测的集成太赫兹涡旋光束发射器”（ Integrated terahertz vortex beam emitter for rotating target detection）为题发表在《Advanced Photonics》期刊上（IF=17.3, 一区），谢静雅副教授为第一作者，通讯作者为上海交通大学周林杰教授和上海理工大学朱亦鸣教授。
太赫兹处于新兴的电磁波波段，具有良好的穿透性，既可以兼顾到光域中主瓣直径小、不易受电磁干扰影响的优点，又可以直接在微波波段处理回波信号。多普勒效应在我们的生活中无处不在，从用雷达跟踪汽车的速度到在天空中定位卫星，其核心是当源和探测器相对于彼此运动时波如何改变其频率。然而，传统的雷达系统在试图检测与雷达信号成直角移动的物体时遇到了障碍。携带OAM的涡旋电磁波旋转多普勒效应可以有效地解决传统雷达对角运动趋势感知的盲点检测问题。
研究团队提出了一种可调谐的太赫兹涡旋发射器，可以通过操纵频率来激发具有±1拓扑电荷的涡旋光束。这些涡旋光束随后照射在旋转物体上，产生的回波直接由线偏振天线接收，简化了探测过程，提高了整体效率。通过对频谱内的旋转多普勒效应进行有效识别和检测，可以准确量化物体的旋转速度，最大误差幅度仅为2%左右。此外，通过在波导顶部部分刻蚀一个新的二阶光栅来控制横向自旋态，有效地解决了由于器件的高折射率对比度而引起的双圆偏振叠加的难题，从而可以获得单个圆偏振标量涡旋光，使该器件非常适合进行太赫兹频率范围内的旋转速度检测。相较于现有的太赫兹频段其他产生多拓扑荷涡旋光束的方法，该集成式太赫兹涡旋发射器可调控能力强，其光路构建过程简单，容易规模化扩展，且不易受干扰，稳定性较好。
由于集成器件的紧凑尺寸、低成本和大规模生产的潜力，该方法有望在未来的太赫兹雷达目标探测和对抗系统中投入使用。
文章链接：https://doi.org/10.1117/1.AP.5.6.066002