你可能沒有意識到，但多普勒效應在我們的生活中無處不在，從用雷達追蹤汽車的速度到定位天空中的衛(wèi)星。這一切都與波在源（如雷達信號）和探測器相對運動時如何改變頻率有關。然而，當試圖探測與雷達信號成直角移動的物體時，傳統(tǒng)雷達系統(tǒng)遇到了障礙。這一限制促使研究人員探索一種全新的方法。

想象一下，一個雷達系統(tǒng)不僅依賴于線性波，而是使用具有軌道角動量（OAM）的螺旋電磁波。這些特殊的“渦旋”波具有螺旋扭曲，當它們遇到旋轉物體時，會引入旋轉多普勒效應。

據(jù)《先進光子學》（Advanced Photonics）報道，為了提高對這些旋轉多普勒效應的識別和檢測，上海理工大學（USST）的研究人員通過開發(fā)一種集成太赫茲渦旋光束發(fā)射器來利用太赫茲（THz）波。

據(jù)該文章的通訊作者、上海理工大學教授Yiming Zhu介紹：“據(jù)我們所知，這項研究首次展示了專門用于探測旋轉目標的集成太赫茲渦旋光束發(fā)射器?！?/p>

太赫茲波特別適合高分辨率雷達成像。就頻率而言，它們介于微波和紅外波之間，具有穿透各種材料的獨特能力，同時具有最小的損壞風險。然而，雖然太赫茲波顯示出巨大的前景，但它們也面臨著自身的一系列挑戰(zhàn)，如低效率和不穩(wěn)定問題。

OAM模式+1的轉速測量結果(a)和OAM模式-1的轉速測量結果(b)。轉速從251rad/s到628rad/s。紅色點是測量數(shù)據(jù)，藍色實線是理論值。注：δ是絕對誤差。

精確定位轉速

研究小組調查了實用和可調的太赫茲渦旋發(fā)射器的可能性以及相應的檢測方案，開發(fā)了一種將集成太赫茲發(fā)射器和渦旋光束與正負電荷相結合的新方法。通過操縱這些渦旋光束的頻率，他們可以產(chǎn)生精確測量旋轉物體速度的雷達信號。這一突破提供了一種以極高的精度確定物體旋轉速度的方法，最大誤差范圍僅為2%左右。

他們的設計涉及操縱頻率以訪問光束發(fā)射器腔中的不同共振，從而能夠產(chǎn)生具有±1拓撲電荷的渦旋光束。這些渦旋光束隨后照射旋轉物體，產(chǎn)生的光波回波可以直接由線偏振天線接收。通過有效識別和檢測頻譜內(nèi)的旋轉多普勒效應，可以精確量化物體的旋轉速度。

據(jù)報道，該團隊還克服了與偏振有關的一個棘手問題，使該雷達系統(tǒng)非常適合探測太赫茲頻率范圍內(nèi)的旋轉。

這種創(chuàng)新的雷達技術為各種應用開辟了令人興奮的可能性。它不僅具有增強雷達目標檢測的潛力，而且還可以為戰(zhàn)術軍事防御引入新的對抗系統(tǒng)。此外，它具有成本效益和可擴展性，這意味著我們可能會比我們想象得更早地看到這種尖端技術的部署。

審核編輯：湯梓紅