研究人员利用螺旋状的电磁波和太赫兹波开发了一种"涡流雷达"，克服了传统雷达的局限性。这一创新系统能准确探测旋转物体的速度，在军事防御和先进目标探测等方面具有广泛的应用潜力。

您可能没有意识到，多普勒效应在我们的生活中无处不在，从用雷达跟踪汽车速度到定位天空中的卫星。多普勒效应的原理是，当信号源（如雷达信号）和探测器相对运动时，电波的频率会发生变化。然而，传统的雷达系统在试图探测与其雷达信号成直角运动的物体时却遇到了障碍。这一限制促使研究人员探索一种全新的方法。

想象一下，雷达系统不仅依靠线性波，而且还使用具有轨道角动量（OAM）的螺旋形电磁波。这些特殊的"涡旋"波具有螺旋扭曲，在遇到旋转物体时会产生明显的旋转多普勒效应。

用于旋转目标探测的集成太赫兹涡旋光束发射器。资料来源：Jingya Xie, USST

据期刊《先进光子学》（Advanced Photonics）报道，为了改进对这些旋转多普勒效应的识别和探测，上海理工大学（USST）的研究人员开发了一种集成太赫兹涡流束发射器，从而利用了太赫兹（THz）波。据文章通讯作者、教授朱一鸣介绍："据我们所知，这项研究首次展示了专为探测旋转目标而设计的集成式太赫兹涡旋光束发射器。"

太赫兹波非常适合高分辨率雷达成像。就频率而言，太赫兹波介于微波和红外波之间，具有穿透各种材料的独特能力，同时将损坏风险降至最低。然而，尽管太赫兹波前景广阔，但也面临着一系列挑战，如效率低和不稳定等问题。

为了研究实用的可调谐太赫兹涡旋发射器以及相应的检测方案，研究团队开发了一种新方法，将集成的太赫兹发射器和带正负电荷的涡旋束结合在一起。通过操纵这些涡流束的频率，他们可以产生雷达信号，准确测量旋转物体的速度。这一突破为精确定位物体的旋转速度提供了一种方法，最大误差仅为 2%。

旋转速度的测量结果（a）为 OAM 模式+1，（b）为 OAM 模式-1。红点为测量数据，蓝色实线为理论值。注：δ 为绝对误差。资料来源：谢静雅，中国科学技术大学

他们的设计涉及操纵频率以获得光束发射器腔体中的不同共振，从而产生具有 ±1 拓扑电荷的涡旋光束。这些漩涡光束随后照射到旋转物体上，由此产生的光波回波可被线性极化天线直接接收。通过有效识别和检测频谱内的旋转多普勒效应，可以准确量化物体的旋转速度。

据报道，研究小组还克服了一个与极化有关的棘手问题，使这一雷达系统非常适合探测太赫兹频率范围内的旋转。

这项创新雷达技术为广泛的应用提供了令人兴奋的可能性。它不仅具有增强雷达目标探测的潜力，还能为战术军事防御带来新的反制系统。此外，它还具有成本效益和可扩展性，这意味着我们可能会比想象中更早地看到这种尖端技术的应用。

值得继续关注这一突破性领域的更多发展，它将改变我们观察和跟踪移动物体的方式。