一秒鐘檢測地溝油和農(nóng)藥殘留，快捷安全的機(jī)場安檢，比5G還快的高速通訊，甚至破解人類的DNA密碼……如今談到太赫茲，生活處處可見其身影，而對于上理工的科研工作者來說，他們深知太赫茲在公共安全、食藥安全、國防安全、環(huán)境安全等諸多領(lǐng)域還大有用武之地，為此，十年如一日地“啃”著太赫茲領(lǐng)域科研攻關(guān)的“硬骨頭”。 

近日，教育部頒發(fā)了高等學(xué)?？茖W(xué)研究優(yōu)秀成果獎（科學(xué)技術(shù)）獲獎證書，在中國工程院莊松林院士的指導(dǎo)下，上海理工大學(xué)太赫茲技術(shù)創(chuàng)新研究院朱亦鳴教授牽頭完成的“太赫茲等離子體增強(qiáng)技術(shù)及其在有機(jī)痕量檢測中的應(yīng)用”成果榮獲2022年度教育部高等學(xué)?？茖W(xué)研究優(yōu)秀成果獎——技術(shù)發(fā)明一等獎，這是我校首次以第一完成單位身份獲得該獎項一等獎，也是我校于2021年在相關(guān)科研領(lǐng)域獲得上海市技術(shù)發(fā)明一等獎和青年科技杰出貢獻(xiàn)獎之后再獲省部級科技獎勵一等獎，足以證明在上理工科研工作者的努力下，我校已成為太赫茲技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的“重鎮(zhèn)”之一。

層層突破“三大瓶頸問題”

“太赫茲波在電磁波家族中的地位很特殊，具有無損檢測、有機(jī)物指紋譜、高精度檢測等特點?！鼻f松林院士科普道：“利用太赫茲進(jìn)行痕量有機(jī)物檢測涉及到國家的生物安全、食品藥品安全、軍事安全等領(lǐng)域，具有重要的戰(zhàn)略意義?！?/span>

隨著對太赫茲波價值認(rèn)知的不斷深入，各國紛紛加快了對這一波段的探索。然而，如果想利用太赫茲實現(xiàn)高靈敏痕量檢測，世界各國科研工作者都面臨“三大瓶頸問題”，即靈敏度低，聚焦能量弱，信噪比低。對此，朱亦鳴帶領(lǐng)科研團(tuán)隊開展研究，層層攻破國際技術(shù)難題。他們利用太赫茲表面等離子體電磁場增強(qiáng)技術(shù)，揭示了單位體積電磁場能量是提升檢測靈敏度的首要原因，從而實現(xiàn)了“高靈敏檢測”；通過表面等離子體超聚焦增強(qiáng)技術(shù)，實現(xiàn)了太赫茲縱場超聚焦、長焦深，從而實現(xiàn)“聚焦能量的提升”；通過發(fā)明太赫茲表面等離子體強(qiáng)吸收技術(shù)，解決吸收效率低、吸收頻寬窄難題，獲得吸收效率大于95%的結(jié)果，實現(xiàn)了背景噪聲的抑制。 

成果原理圖

實現(xiàn)核心器件的全部國產(chǎn)化

有了發(fā)明突破，團(tuán)隊進(jìn)一步推動“純科學(xué)”走向“應(yīng)用基礎(chǔ)研究”，實現(xiàn)了對高靈敏度有機(jī)痕量檢測技術(shù)及其關(guān)鍵元器件（芯片）的自主研制、攻克了產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。他們聚焦三大瓶頸問題，研發(fā)出便攜式太赫茲檢測芯片、太赫茲聚焦器件、太赫茲寬頻吸收器等核心器件，并全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，組裝而成的整機(jī)在檢測靈敏度、信噪比、性價比等方面都處于國際領(lǐng)先水平。

由此，以有機(jī)痕量檢測技術(shù)為起點，“太赫茲高靈敏中草藥質(zhì)量檢測儀”“太赫茲原油痕量分析儀”“太赫茲痕量危險品探測儀”等系列產(chǎn)品也應(yīng)運而生，在中草藥檢測、血液中痕量物質(zhì)檢測、原油溯源等領(lǐng)域得到應(yīng)用，并得到應(yīng)用單位認(rèn)可，公安、海關(guān)、醫(yī)院等用戶單位，將為科研成果提供更多的應(yīng)用場景。“利用我們的太赫茲原油痕量分析儀，2秒時間內(nèi)就可以幫助海關(guān)檢測出進(jìn)口的原油具體是來自于俄羅斯、伊朗、巴西等國家，為海關(guān)邊檢提供技術(shù)和安全保障?！敝煲帏Q舉例解釋道。

獲獎證書

打造太赫茲技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域“特種部隊”

近年來，相比“全面鋪開”的發(fā)展方式，上海理工大學(xué)在創(chuàng)建特色學(xué)科平臺時，選擇了“抓重點方向”“抓關(guān)鍵領(lǐng)域”。拿光學(xué)工程學(xué)科來說，學(xué)校在太赫茲科學(xué)與技術(shù)、納米光子學(xué)等若干方面深耕細(xì)作，從學(xué)術(shù)上打造一支人才“特種部隊”。學(xué)校在太赫茲領(lǐng)域新原理、新結(jié)構(gòu)、新系統(tǒng)、新應(yīng)用方面捷報頻傳，也得益于此。

項目第一完成人朱亦鳴教授曾獲多項國家級人才稱號，他所在的上海理工大學(xué)太赫茲技術(shù)創(chuàng)新研究院，是在莊松林院士的支持下組建而成，研究院擁有一支高水平的研究隊伍，獲批了太赫茲科學(xué)技術(shù)前沿國家基礎(chǔ)科學(xué)中心（共建）、太赫茲精準(zhǔn)生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新學(xué)科引智基地、太赫茲波譜與影像省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心等國家級和省部級科研平臺建設(shè)，在太赫茲輻射源、太赫茲功能器件以及太赫茲波譜和成像系統(tǒng)及其應(yīng)用等方面做出了眾多原創(chuàng)性工作，致力于為增強(qiáng)我國相關(guān)學(xué)科的國際競爭力、更好地服務(wù)社會福祉和經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出新的更大貢獻(xiàn)。

莊松林院士及部分成員合影

供稿：新聞中心、光電學(xué)院

文：董真