研究人員利用螺旋狀的電磁波和太赫茲波開發了一種”渦流雷達”，克服了傳統雷達的限制。此創新系統能精確探測旋轉物體的速度，在軍事防禦和先進目標探測等方面具有廣泛的應用潛力。

您可能沒有意識到，多普勒效應在我們的生活中無所不在，從用雷達追蹤汽車速度到定位天空中的衛星。多普勒效應的原理是，當訊號源（如雷達訊號）和偵測器相對運動時，電波的頻率會改變。然而，傳統的雷達系統在試圖偵測與其雷達訊號成直角運動的物體時卻遇到了障礙。這項限制促使研究人員探索一種全新的方法。想像一下，雷達系統不僅依賴線性波，而且還使用具有軌道角動量（OAM）的螺旋形電磁波。這些特殊的”渦旋”波具有螺旋扭曲，在遇到旋轉物體時會產生明顯的旋轉多普勒效應。用於旋轉目標探測的整合式太赫茲渦旋光束發射器。資料來源：Jingya Xie, USST

根據期刊《先進光子學》（Advanced Photonics）報道，為了改進對這些旋轉多普勒效應的識別和探測，上海理工大學（USST）的研究人員開發了一種集成太赫茲渦流束發射器，從而利用了太赫茲（THz）波。據文章通訊作者、教授朱一鳴介紹：”據我們所知，這項研究首次展示了專為探測旋轉目標而設計的集成式太赫茲渦旋光束發射器。”太赫茲波非常適合高解析度雷達成像。就頻率而言，太赫茲波介於微波和紅外線波之間，具有穿透各種材料的獨特能力，同時將損壞風險降至最低。然而，儘管太赫茲波前景廣闊，但也面臨一系列挑戰，如效率低和不穩定等問題。為了研究實用的可調諧太赫茲渦旋發射器以及相應的檢測方案，研究團隊開發了一種新方法，將整合的太赫茲發射器和帶正負電荷的渦旋束結合在一起。透過操縱這些渦流束的頻率，他們可以產生雷達訊號，準確測量旋轉物體的速度。這項突破為精確定位物體的旋轉速度提供了一種方法，最大誤差僅為2%。旋轉速度的測量結果（a）為OAM 模式+1，（b）為OAM 模式-1。紅點為測量數據，藍色實線為理論值。註：δ 為絕對誤差。資料來源：謝靜雅，中國科學技術大學他們的設計涉及操縱頻率以獲得光束發射器腔體中的不同共振，從而產生具有±1 拓撲電荷的渦旋光束。這些漩渦光束隨後照射到旋轉物體上，所產生的光波回波可直接被線性極化天線接收。透過有效辨識並偵測頻譜內的旋轉多普勒效應，可以準確量化物體的旋轉速度。據報道，研究小組還克服了一個與極化有關的棘手問題，使這個雷達系統非常適合探測太赫茲頻率範圍內的旋轉。這項創新雷達技術為廣泛的應用提供了令人興奮的可能性。它不僅具有增強雷達目標探測的潛力，還能為戰術軍事防禦帶來新的反制系統。此外，它還具有成本效益和可擴展性，這意味著我們可能會比想像中更早看到這種尖端技術的應用。值得繼續關注這一突破性領域的更多發展，它將改變我們觀察和追蹤移動物體的方式。