日前，東南大學毫米波國家重點實驗室崔鐵軍院士研究團隊聯合新加坡國立大學仇成偉教授及新加坡南洋理工大學羅宇教授，在信息超材料領域取得新進展，設計並實現了一種可對電磁功能進行編程的光碟機動數字編碼超表面。相關研究成果發表在《Nature Electronics》上。
論文通訊作者為東南大學蔣衛祥教授、崔鐵軍教授及新加坡國立大學仇成偉教授，第一作者為東南大學博士生張信歌。
在該光碟機動數字超表面平臺上，能夠用可見光強度實時調控微波的反射相位響應，解決了以往多通道電控超表面需要大量複雜物理導線連接帶來的微波信號與直流信號串擾難題，同時實現了非接觸式遠程可編程調控，為高度集成化的遠程可編程超表面系統的研製奠定了基礎。
據悉，超表面是一類特殊形式的二維超材料，由亞波長單元周期或非周期排列而組成的人工結構陣列，可通過設計結構單元及其排布來定製宏觀材料屬性，從而自由地控制電磁波，帶來全新的物理現象和應用。
早在2014年，崔鐵軍教授團隊就突破超材料國際慣用的等效媒質表徵方法，創造性地提出了用數字「0」和「1」的空間編碼來表徵超材料的新思想及其調控電磁波的新方法，通過改變具有相位相反特徵的「0」和「1」單元的空間編碼序列來控制電磁波，開創了信息超材料這一新領域。
現有信息超表面一般需要大量導線、外部電源和複雜控制電路提供直流控制信號來驅動，且外部電源和控制器必須通過導線和超表面相互連接，會增加系統體積，也會帶來直流和微波信號間的串擾。
不同於傳統的有線電控方式，該工作提出無線的可見光控方式並應用於微波動態超表面的調控，通過將多個獨立的基於矽光電池的光傳感網絡集成在基於變容管的有源超表面背後，設計了一款超緊湊的寬帶光控可編程數字超表面平臺。
設計的光傳感網絡能夠接收不同強度的可見光，然後產生不同的偏置電壓，進而調控寬帶超表面的微波反射相位。通過接收不同的光照圖案，在該光控可編程數字平臺口徑上能實時產生不同的相位分布，進而實現種類不同的電磁功能。
研究人員用不同的光照圖案照射該數字平臺實現了微波外部隱身、電磁幻覺和動態渦旋波束調控功能，數值仿真與實驗結果均驗證了該平臺的可編程性。
由於集成的光傳感網絡既能充當外部直流電源，也能充當控制器，因此與傳統的包含外部電源、大量導線和控制器的電控超表面相比，所研製的光碟機動可編程數字超表面平臺具有重量輕、結構緊湊且可無線遠程調控等優點。
同時，此類光碟機動可編程數字平臺作為一種電子橋梁連接了光輸入和微波輸出，且驗證了可以用標量光強度控制矢量微波的可行性，有望為未來發展先進光電混合器件和可見光與微波融合通信系統等提供新的技術方案。來源：東南大學官微
通訊員 張信歌 孫 威 蔣衛祥