Vous ne vous en rendez peut-être pas compte, mais l’effet Doppler est présent partout dans nos vies, depuis le suivi de la vitesse des voitures avec un radar jusqu’à la localisation de satellites dans le ciel. Tout dépend de la façon dont les ondes changent de fréquence lorsqu’une source (comme un signal radar) et un détecteur sont en mouvement l’un par rapport à l’autre. Cependant, les systèmes radar traditionnels se heurtent à un obstacle lorsqu’ils tentent de détecter des objets se déplaçant perpendiculairement à leurs signaux radar. Cette limitation a poussé les chercheurs à explorer une approche entièrement nouvelle.
Imaginez un système radar qui ne repose pas uniquement sur des ondes linéaires, mais utilise plutôt des ondes électromagnétiques en spirale avec un moment angulaire orbital (OAM). Ces ondes « vortex » spéciales ont une torsion hélicoïdale et introduisent un effet Doppler rotationnel caractéristique lorsqu’elles rencontrent un objet en rotation.
Pour améliorer l’identification et la détection de ces effets Doppler rotationnels, des chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Shanghai (USST) ont exploité les ondes térahertz (THz) en développant un émetteur de faisceau vortex THz intégré, comme signalé dans Photonique avancée.
Selon le professeur Yiming Zhu de l’USST, auteur correspondant de l’article, « à notre connaissance, cette étude représente la première démonstration d’un émetteur de faisceau vortex THz intégré spécialement conçu pour la détection de cibles en rotation. »
Les ondes THz sont particulièrement adaptées à l’imagerie radar à haute résolution. En termes de fréquence, ils se situent entre les micro-ondes et les ondes infrarouges et ont une capacité unique à pénétrer divers matériaux tout en présentant un risque minimal de dommages. Pourtant, même si les ondes THz sont très prometteuses, elles sont confrontées à leurs propres défis, tels que des problèmes de faible efficacité et d’instabilité.
Localisation de la vitesse de rotation
En étudiant les possibilités d’émetteurs vortex THz pratiques et accordables ainsi que les schémas de détection correspondants, l’équipe de recherche a développé une nouvelle approche combinant un émetteur THz intégré et des faisceaux vortex avec des charges positives et négatives. En manipulant la fréquence de ces faisceaux vortex, ils peuvent générer des signaux radar qui mesurent avec précision la vitesse d’un objet en rotation. Cette avancée permet de déterminer la vitesse de rotation d’un objet avec une précision remarquable, avec une marge d’erreur maximale d’environ 2 % seulement.
Leur conception implique la manipulation de la fréquence pour accéder à différentes résonances dans la cavité émettrice du faisceau, permettant ainsi la génération de faisceaux vortex avec des charges topologiques ±1. Ces faisceaux vortex illuminent ensuite un objet en rotation et l’écho des ondes lumineuses qui en résulte peut être reçu directement par une antenne à polarisation linéaire. Grâce à une identification et une détection efficaces de l’effet Doppler rotationnel dans le spectre de fréquences, la vitesse de rotation de l’objet peut être quantifiée avec précision.
L’équipe aurait également surmonté un problème délicat lié à la polarisation, rendant ce système radar parfaitement adapté à la détection de rotation dans la gamme de fréquences THz.
Cette technologie radar innovante ouvre des possibilités passionnantes pour un large éventail d’applications. Non seulement cela pourrait améliorer la détection radar des cibles, mais cela pourrait également ouvrir la voie à de nouveaux systèmes de contre-mesures pour la défense militaire tactique. De plus, elle est rentable et évolutive, ce qui signifie que nous pourrions voir cette technologie de pointe déployée plus tôt que prévu.
Plus d’information:
Jingya Xie et al, Émetteur de faisceau vortex térahertz intégré pour la détection de cibles rotatives, Photonique avancée (2023). DOI : 10.1117/1.AP.5.6.066002