频率编码超材料实现对电磁波的多功能调控

数字编码超材料作为新型超材料的一种,拥有用纯数字的方式表征并设计超材料的特征,相较传统的基于等效媒质理论的“模拟超材料”具有更加简单的设计流程和表征方式。编码超材料的实现是通过对超材料基本单元的相位或者幅度进行二进制状态编码,例如将单元结构的反射或透射相位数字化。由于数字编码的二进制特征,编码单元由2N个数字状态组成,因此可以通过开关二极管的导通和关闭来实现单元结构的‘0’和‘1’状态切换。通过现场可编程门阵列(FPGA)将编码输入到超材料,实现现场可编程超材料,从而对电磁波进行实时调控。然而,现有的编码超材料均对相位进行数字编码,其单元结构数字编码状态在工作频带内保持不变,因此编码超材料在工作频段内只能实现特定功能。

Untitled近日,东南大学崔铁军教授团队(第一作者为博士研究生吴浩天)提出了一种全新的编码方式,将超材料在频率域进行编码,使得编码超材料可在工作频段内实现多种不同的功能。他们的设计采用了完全不同结构的超材料基本单元,并通过优化设计出具有不同线性相位响应敏感度的单元,并对这些单元的相位随频率变化的快慢进行编码。其中低相位敏感度的单元被编码为‘0’,高相位敏感度的单元被编码为‘1’。通过合理设计,这些不同相位敏感度的单元分布可构建出新型的编码超材料,即频率编码超材料。频率编码超材料可在工作频段内对电磁波进行连续调控,如单波束逐渐演化为双波束、四波束、或者漫散射等功能。未来工作中,可引入高度非线性化的相位响应单元,通过对非线性相位响应单元的数字编码,从而实现编码超材料对电磁波更加灵活的调控。相关论文在线发表在 Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.201700098)上。