南京大学冯一军教授团队AOM：时空超构表面实现动态、任意极化电磁波辐射

极化作为电磁波基本特性之一，其有效调控在极化成像、极化通信和极化雷达等领域至关重要。传统上调控电磁波极化特性的手段往往借助于天然材料，并且需级联多层材料才可实现任意极化电磁波，不利于小型化、高集成化的器件设计。近年来，超构表面作为由亚波长尺寸单元排布在二维平面形成的人工电磁材料，不仅具备轻薄、易加工和结构紧凑等优点，同时可有效地调控电磁波极化特性。在此基础上，通过在超构表面内集成开关二极管、变容管、液晶、石墨烯、相变材料等有源器件，可将无源超构表面扩展至有源超构表面，从而实现功能随外部控制切换的可重构超构表面。目前，无源超构表面虽然具备完备的极化调控能力，可实现包括线极化、圆极化和椭圆极化等多种多样极化特性的电磁波，但往往需要依赖入射电磁波的特性才可实现极化功能切换。而利用有源超构表面调控电磁波极化特性的相关工作虽可在同一入射电磁波下切换出射电磁波极化特性，但往往局限于线极化、圆极化和它们之间的相互转换。从描述任意极化特性的庞加莱球（Poincaré Sphere）上看，线极化和圆极化特性只占所有极化状态中的极小一部分。

针对以上问题，南京大学电子科学与工程学院冯一军教授团队提出了一种基于时间编码的可重构双极化时空超构表面，可在基波和谐波上动态地实现任意极化电磁波，如图1所示。首先从任意的一种椭圆极化状态出发，理论推导出可实现任意极化电磁波转化的超构表面需满足的要求，即一对正交极化的电磁响应可独立调控，且两个方向的反射系数为幅度和相位的任意组合。之后，针对上述要求，构建了集成变容管的可重构双极化超构表面，两个正交极化不仅在同样的外部电压调控下响应一致，且两个极化高度隔离、可单独控制、互不影响。通过周期性地、独立地调控超构表面的一对正交极化的反射系数，不仅可产生含谐波分量的新频谱，从而将工作频率由基波扩展至基波和谐波，还可将等效反射系数扩展至幅度和相位的任意组合。在此基础上，通过使超构表面一对正交极化之间的相位差和幅度比与目标极化一致，即可在基波和谐波上实现动态、任意极化的电磁波辐射。该研究成果为实现动态、任意极化电磁波辐射提供了新的实现方法，有望进一步应用于地理探测、极化捷变雷达、无线通信等领域。

图1 时间编码可重构双极化时空超构表面实现任意极化电磁波辐射示意图

WILEY

论文信息：

Arbitrary and Dynamic Poincaré Sphere Polarization Converter with a Time-Varying Metasurface

Qi Hu, Ke Chen,* Na Zhang, Jianmin Zhao, Tian Jiang, Junming Zhao, and Yijun Feng*

Advanced Optical Materials

Advanced

Optical

Materials

期刊简介

Advanced Optical Materials创刊于2013年，是一本报道材料科学领域与光-物质相互作用相关的突破性研究的跨学科国际期刊。其收录论文的研究领域包括光子学、等离激元光子学、超材料等。2019年影响因子为8.286。

AdvancedScienceNews

Wiley旗下科研资讯官方微信平台

分享前沿资讯 ｜聚焦科研动态

发表科研新闻或申请信息分享，请联系：ASNChina@Wiley.com返回搜狐，查看更多