上海市现代光学重点实验室

一． 实验室简介

上海理工大学，是上海市高校中最早获批准设立“光学工程”一级学科博士授予权的学校。光学工程学科在获得上海市教委重点学科和上海市现代光学系统重点实验室的基础上，2005年获得上海市重点学科，2007年获得国家重点学科（培育）和博士后流动站资格，2009年获批教育部光学仪器与系统工程中心。

由于近年来在太赫兹领域的飞速发展，上海理工大学已经成为一个具有很高国际学术声望和地位的学术聚集区，申报方案所依托的是太赫兹领域权威专家庄松林院士领导下的上海市现代光学系统重点实验室下属的超快电子与太赫兹 技术实验室。实验室现有院士1人，高级职称5人，中级职称4人，初级职称2人。实验的研发团队是一个非常年轻的团队，其平均年龄只有34岁。这样的研发团队包括两名上海市千人，晨光学者，科技启明星及曙光学者、新世纪人才。同时还吸引了国内外太赫兹领域的专家，美国麻省理工大学胡青教授（也是美国Applied Physics Letters副主编），罗切斯特大学张希成教授（也是美国Optics Letters主编），日本东京大学的KazHirakawa教授，澳大利亚伍伦贡大学张潮教授等国外著名学者已经分别成为了上海理工大学的国家千人访问教授和实验室的客座教授，全是专业领域人才，人才的齐备为项目成功打下了良好的前提。

目前实验室已有1000级超净室500m2，并配备了一系列光学仪器及加工检测设备，主要有飞秒激光器一台，时域太赫兹光谱测试系统一套，离子束刻蚀机一台，原子力显微镜（AFM）一台，扫描电子显微镜（SEM）一台，半导体参量测试仪一台，磁控溅射镀膜机一台，电子枪镀膜机一台等。

重点实验室则长期致力于太赫兹器件和系统的研究，尤其是在太赫兹功能器件研发、时域太赫兹光谱系统的研制、太赫兹成像等方面都有很好的研究积累。研制的“基于太赫兹技术的地沟油检测仪”获得2012年度中国国际工业博览会优秀展品奖，并受到媒体广泛关注。在太赫兹成像方面,上海理工大学所研制的太赫兹被动式35GHz和94 GHz成像系统(样机)，已经实现了单探头的4s/人的安检仪实验室样机。本项目将在此基础上进行进一步的技术升级，采用高灵敏度探测器以及多探头同时工作的硬件实现和图像重叠分辨算法的软件实现，以达到预期的成像效果。

丁丽，讲师，2014年毕业于中国科学技术大学通信与信息工程专业。2015年加入上海理工大学光学系统重点实验室之后，工作重点是从硬件体制和算法设计的不同角度展开提高系统探测灵敏度和信噪比的方法研究，和将传统的雷达成像体制转化到太赫兹安检应用的理论验证和技术研究等。至今发表SCI/EI十余篇同时负责多项自然科学基金和国家基金项目。

李萍，副研究员，研究领域为新型太赫兹成像技术、人体安检仪系统设计及研制开发。研制设计了主/被动式太赫兹人体安检仪，主持参与雷达目标成像系统研制/型号武器仿真测试系统设计与研制/太赫兹多频段复用雷达人体探测系统/太赫兹大气衰减远距离测试系统项目等，荣获国防科技进步一等奖一项，国防科学技术成果奖一项，省部级奖项一项，近年来，发表高水平论文数十篇，申请多项国防专利。

二． 产品介绍

1.基于合成孔径雷达的人体安检系统

利用太赫兹对衣物的穿透想，将太赫兹成像应用于安保检查，解决传统的搜身式安检和手持式安检带来的检测速度慢，检测不彻底等问题，减轻安保压力，保障国民生命财产安全，维护社会稳定。

本系统利用太赫兹低频段的电磁波，利用该频段波长长的特点，使得检测波对人体衣物有良好的穿透性，能直接检测隐藏在衣物内的物体；利用太赫兹低频段的电磁波拥有辐射能量低、非电离的特性，保障被测人体的安全。

系统的工作场景如下图所示，被检测者站在成像场景的中心，天线阵列围绕着成像场景旋转一周，从各个方位采集目标的回波数据，利用改良过后的合成孔径成像算法，实现对目标的全息成像。

算法的具体流程如下图所示，系统采用94GHz的中心工作频段，理论上可以达到毫米级的分辨率，完全可以实现对一些常见的危险品，比如金属刀具、陶瓷刀、炸药包等的检测。

2. 基于阵列孔径的反恐穿墙成像技术

利用太赫兹对衣物的穿透性，将太赫兹成像应用于危险品检测领域，解决传统人工式危险品排查给广大官兵带来的生命威胁，同时也减少错误的警报给官兵带来的繁重作业任务。 

装置的原理主要基于合成孔径雷达成像，利用太赫兹的穿透特性和高分辨能力实现对包裹内目标的检测。利用装置完成一定长度的方位向运动后，数据处理模块根据采集的所有方位向样本数据进行重构处理，对目标进行一维或二维图像重构。最后，根据获得的重构图像，以成像的方式确定包裹内的物体的大致信息。这种方式不仅测量精度高，测量速度快，利用单个收发阵元系统体积小、便携，成本可控，同时方位向合成孔径的长度能够根据实际分辨率需求进行调整，从而适应不同测量分辨率的需求，应用灵活性大。

三． 核心技术

1.一体式开关天线网络

赫兹人体安检系统为了大视场和高分辨率成像，一般通过设计大口径的天线实现对人体的全身扫描。然而大口径天线制造难度大，造价高，同时制造精度低，一般难以满足现代人体安检系统的需求。为此在上个世纪中就有外国科学家提出利用小孔径的集合来合成孔径，实现大孔径人体扫描。然而对于人体安检系统而言，需要的分辨率越高，在维度上需要的采样率也就越高，这也就说明用于合成孔径的收发天线数目也就越多，系统体积也就越大。因此我们提出一体式开关天线阵列及旋转架构。

利用高隔离度的波导设计，同时利用高速开关技术控制收发器以单发单收方式运行，有效避免多元器件同时工作时的相互干扰，从而增强了信号接收质量使天线高度集成化。同时利用两列错开式结构使天线阵列高度集成化得以实现

2.重构的高分辨SAR成像算法

基于太赫兹合成孔径雷达的高分辨率人体安检系统的核心模块是基于太赫兹合成孔径雷达的成像算法，一切系统的结构设计与运行流程都基于该算法，可以说如果没有成像算法即没有高分辨率的人体安检系统诞生。

针对传统的SAR成像算法存在的一些问题，我们对其进行了改良，时SAR算法能够更好的适应人体成像的需求，一举打破国外的技术垄断，为太赫兹人体安检仪的国产化迈出了坚实的一大步。

四． 应用领域

主要应用领域有各类公共安全领域，一般是需要进行人体安检的场合，如：机场、火车站、地铁站等公共交通场所，它可以检测到隐藏的金属、塑料或陶瓷手枪、小刀以及炸药等极其危险的物品。爆炸物排除，对一些疑似爆炸物由机器代替人工进行检测，降低人员受伤的风险，加快排查速度。

五． 应用案例

近年来，随着国际恐怖主义的日益蔓延和国内外反华势力的扩展，国内的安保面临着越来越严峻的压力。我们开发的太赫兹人体安检仪曾经在19届上海国际工业博览会获奖，也与部分机场达成协议将在其地面安检部分应用我们设计研发的太赫兹人体安检仪，取代传统的搜身安检。