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东南大学信息超材料研究取得进展 实现可对电磁功能进行编程的光驱动数字编码超表面

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发表于 2020-3-24 08:03:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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近日
东南大学崔铁军院士团队
在信息超材料领域
取得重要进展
一起来看看吧!

东南大学毫米波国家重点实验室崔铁军院士研究团队联合新加坡国立大学仇成伟教授及新加坡南洋理工大学罗宇教授,在信息超材料领域取得新进展,设计并实现了一种可对电磁功能进行编程的光驱动数字编码超表面。
论文通讯作者为东南大学蒋卫祥教授、崔铁军教授及新加坡国立大学仇成伟教授,第一作者为东南大学博士生张信歌。

在该光驱动数字超表面平台上,能够用可见光强度实时调控微波的反射相位响应,解决了以往多通道电控超表面需要大量复杂物理导线连接带来的微波信号与直流信号串扰难题,同时实现了非接触式远程可编程调控,为高度集成化的远程可编程超表面系统的研制奠定了基础。

相关研究成果以An optically driven digital metasurface for programming electromagnetic functions为题发表在《Nature Electronics》上。

德国慕尼黑大学洪堡学者任浩然博士以“A light-programmable metasurface”为题对该创新科研成果进行了详细报道,发表在3月20日的《Nature Electronics》“News and Views”专栏。

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光驱动可编程超表面示意图

超表面是一类特殊形式的二维超材料,由亚波长单元周期或非周期地排列而组成的人工结构阵列,可通过设计结构单元及其排布来定制宏观材料属性,从而自由地控制电磁波,带来全新的物理现象和应用。

早在2014年,崔铁军教授等人突破超材料国际惯用的等效媒质表征方法,创造性地提出了用数字“0”和“1”的空间编码来表征超材料的新思想及其调控电磁波的新方法,通过改变具有相位相反特征的“0”和“1”单元的空间编码序列来控制电磁波,开创了信息超材料这一新领域。

现有信息超表面一般需要大量导线、外部电源和复杂控制电路提供直流控制信号来驱动,且外部电源和控制器必须通过导线和超表面相互连接,会增加系统体积,也会带来直流和微波信号间的串扰。

不同于传统的有线电控方式,该工作提出无线的可见光控方式并应用于微波动态超表面的调控,通过将多个独立的基于硅光电池的光传感网络集成在基于变容管的有源超表面背后,设计了一款超紧凑的宽带光控可编程数字超表面平台。

设计的光传感网络能够接收不同强度的可见光,然后产生不同的偏置电压,进而调控宽带超表面的微波反射相位。通过接收不同的光照图案,在该光控可编程数字平台口径上能实时产生不同的相位分布,进而实现种类不同的电磁功能。

研究人员用不同的光照图案照射该数字平台实现了微波外部隐身、电磁幻觉和动态涡旋波束调控功能,数值仿真与实验结果均验证了该平台的可编程性。

由于集成的光传感网络既能充当外部直流电源,也能充当控制器,因此与传统的包含外部电源、大量导线和控制器的电控超表面相比,所研制的光驱动可编程数字超表面平台具有重量轻、结构紧凑且可无线远程调控等优点。

同时,此类光驱动可编程数字平台作为一种电子桥梁连接了光输入和微波输出,且验证了可以用标量光强度控制矢量微波的可行性,有望为未来发展先进光电混合器件和可见光与微波融合通信系统等提供新的技术方案。

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