一秒钟检测地沟油和农药残留，快捷安全的机场安检，比5G还快的高速通讯，甚至破解人类的DNA密码……如今谈到太赫兹，生活处处可见其身影，而对于上理工的科研工作者来说，他们深知太赫兹在公共安全、食药安全、国防安全、环境安全等诸多领域还大有用武之地，为此，十年如一日地“啃”着太赫兹领域科研攻关的“硬骨头”。
近日，教育部颁发了高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）获奖证书，在中国工程院庄松林院士的指导下，上海理工大学太赫兹技术创新研究院朱亦鸣教授牵头完成的“太赫兹等离子体增强技术及其在有机痕量检测中的应用”成果荣获2022年度教育部高等学校科学研究优秀成果奖——技术发明一等奖，这是我校首次以第一完成单位身份获得该奖项一等奖，也是我校于2021年在相关科研领域获得上海市技术发明一等奖和青年科技杰出贡献奖之后再获省部级科技奖励一等奖，足以证明在上理工科研工作者的努力下，我校已成为太赫兹技术研发领域的“重镇”之一。
层层突破“三大瓶颈问题”
“太赫兹波在电磁波家族中的地位很特殊，具有无损检测、有机物指纹谱、高精度检测等特点。”庄松林院士科普道：“利用太赫兹进行痕量有机物检测涉及到国家的生物安全、食品药品安全、军事安全等领域，具有重要的战略意义。”
随着对太赫兹波价值认知的不断深入，各国纷纷加快了对这一波段的探索。然而，如果想利用太赫兹实现高灵敏痕量检测，世界各国科研工作者都面临“三大瓶颈问题”，即灵敏度低，聚焦能量弱，信噪比低。对此，朱亦鸣带领科研团队开展研究，层层攻破国际技术难题。他们利用太赫兹表面等离子体电磁场增强技术，揭示了单位体积电磁场能量是提升检测灵敏度的首要原因，从而实现了“高灵敏检测”；通过表面等离子体超聚焦增强技术，实现了太赫兹纵场超聚焦、长焦深，从而实现“聚焦能量的提升”；通过发明太赫兹表面等离子体强吸收技术，解决吸收效率低、吸收频宽窄难题，获得吸收效率大于95%的结果，实现了背景噪声的抑制。
成果原理图
实现核心器件的全部国产化
有了发明突破，团队进一步推动“纯科学”走向“应用基础研究”，实现了对高灵敏度有机痕量检测技术及其关键元器件（芯片）的自主研制、攻克了产业化开发的关键技术。他们聚焦三大瓶颈问题，研发出便携式太赫兹检测芯片、太赫兹聚焦器件、太赫兹宽频吸收器等核心器件，并全部实现国产化，组装而成的整机在检测灵敏度、信噪比、性价比等方面都处于国际领先水平。
由此，以有机痕量检测技术为起点，“太赫兹高灵敏中草药质量检测仪”“太赫兹原油痕量分析仪”“太赫兹痕量危险品探测仪”等系列产品也应运而生，在中草药检测、血液中痕量物质检测、原油溯源等领域得到应用，并得到应用单位认可，公安、海关、医院等用户单位，将为科研成果提供更多的应用场景。“利用我们的太赫兹原油痕量分析仪，2秒时间内就可以帮助海关检测出进口的原油具体是来自于俄罗斯、伊朗、巴西等国家，为海关边检提供技术和安全保障。”朱亦鸣举例解释道。
获奖证书
打造太赫兹技术研发领域“特种部队”
近年来，相比“全面铺开”的发展方式，上海理工大学在创建特色学科平台时，选择了“抓重点方向”“抓关键领域”。拿光学工程学科来说，学校在太赫兹科学与技术、纳米光子学等若干方面深耕细作，从学术上打造一支人才“特种部队”。学校在太赫兹领域新原理、新结构、新系统、新应用方面捷报频传，也得益于此。
项目第一完成人朱亦鸣教授曾获多项国家级人才称号，他所在的上海理工大学太赫兹技术创新研究院，是在庄松林院士的支持下组建而成，研究院拥有一支高水平的研究队伍，获批了太赫兹科学技术前沿国家基础科学中心（共建）、太赫兹精准生物医学创新学科引智基地、太赫兹波谱与影像省部共建协同创新中心等国家级和省部级科研平台建设，在太赫兹辐射源、太赫兹功能器件以及太赫兹波谱和成像系统及其应用等方面做出了众多原创性工作，致力于为增强我国相关学科的国际竞争力、更好地服务社会福祉和经济建设做出新的更大贡献。
庄松林院士及部分成员合影
供稿：新闻中心、光电学院
文：董真
