幅相可控的数字超表面可实现对电磁信息的全空间灵活调控

近年来,超表面因其对电磁波高效的调控能力和超薄的尺寸得到广泛重视,而数字编码超表面是其中迅猛发展的一个领域。相比传统的模拟超表面而言,数字编码超表面将电磁波的特性参数数字化表征,用1比特或多比特的数字状态表示反射波或透射波的相位信息。将数字单元按预先设计的不同编码序列排列在超表面上,可实现具有不同效果的远场或近场辐射功能,同时也将数字信息蕴含在所辐射的电磁波中,将物理层的超表面与信息处理直接关联。通过引入现场可编程门阵列控制加载在单元结构中的有源器件,即可实现对数字编码序列及电磁功能的实时调控,因此引起了越来越多的关注。然而,现有的数字编码超材料/超表面大多基于对相位的编码,而忽视了幅度这一重要的电磁参数,限制了数字编码超表面实现更多新颖的功能和应用。

近日,东南大学毫米波国家重点实验室崔铁军教授团队(第一作者为博士研究生吴瑞元)创新性地将幅度特性引入数字超表面的编码参数中,将全反射和全透射分别作为幅度编码的0和1状态,通过入射电磁波的极化或有源器件进行灵活的实时切换。联合传统的相位编码,数字编码超表面对电磁波的调控能力显著提升。从实际应用角度,引入幅度编码使数字超表面可实现全空间的电磁信息调控,在上半空间和下半空间同时或分时地产生任意所需要的辐射方向图。从信息熵的角度来看,幅度编码的引入扩充了编码序列,提升了数字超表面的信息容量。未来工作中,通过引入幅度和相位分别独立可控的可编程单元,构建完全意义上的幅相可编程数字超表面,实现对辐射方向图及相应电磁信息的全空间实时调控。

相关文章在线发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201801429)上。