南京大學研究實現電磁波反射相位的任意動態調控

2021-01-21 中國政府網

    人工電磁超表面（meta-surface）是近一兩年人工電磁超材料（metamaterial）研究的最新發展方向和研究熱點之一，它可實現對電磁波反射和透射的靈活調控。近日英國自然出版集團出版的《科學報告》（SCIENTIFIC REPORTS | 3 : 3059 | DOI: 10.1038/srep03059）發表了南京大學電子科學與工程學院馮一軍教授課題組的題為「Active impedance metasurface with full 360° reflection phase tuning」研究成果，該論文主要報導了一種可實現電磁波反射相位360度動態調控的新型人工電磁超表面。

    超表面是一種由超材料結構單元構造的超薄二維陣列平面，可實現對電磁波相位、極化方式、傳播模式等特性的靈活有效調控。2011年通過超表面實現反常電磁波透射和反射，從而拓展傳統電磁波折射定律的工作在美國《科學》雜誌發表後即引起了廣泛的關注，通過超表面可實現負折射、負反射、極化旋轉、匯聚成像、複雜波束、傳播波向表面波轉化等新穎物理效應。超表面豐富獨特的物理特性及其對電磁波的靈活調控能力使其在隱身技術、天線技術、微波和太赫茲器件、光電子器件等諸多領域具有重要的應用前景。

    超表面對電磁波相位的調控是其運用的關鍵，而目前絕大多數超表面一經設計成型後，其對電磁波相位性質的調控就固定不變了。最近，馮一軍教授和朱博博士將有源微波器件融入超表面的結構設計中，實現了超表面電磁波阻抗的主動調節。他們巧妙地設計了一種具有雙諧振性質的超表面單元，可在固定頻段內實現對微波信號反射相位的360度連續動態調控，解決了傳統結構中相位調節範圍不足的問題。運用這種技術可對超表面每個單元的相位調節性質進行改變和控制，形成多種形式的相位調節方案，為電磁波調控提供了更為靈活的方法。該超表面設計方法還可進一步擴展到太赫茲、紅外和光波段的器件設計中，實現對電磁波的波束調節、波束掃描、匯聚成像、複雜波束形成、極化轉換等調控，具有廣闊的應用前景。

    該研究工作得到了國家自然科學基金面上項目、青年基金和重大項目（項目批准號：61301017, 61371034, 60990322, 61101011）和教育部的資助。

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