北理工課題組在極化選擇超表面實現(xiàn)近100%效率全空間波前調(diào)控方面取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期:2025-07-22 供稿:集成電路與電子學(xué)院 攝影:集成電路與電子學(xué)院
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近日,北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院司黎明教授課題組在極化選擇超表面技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域取得進(jìn)展。課題組提出一種新型高效無串?dāng)_極化選擇超表面,可實現(xiàn)近100%效率的全空間電磁波波前調(diào)控。該成果以“Crosstalk-Free Spin-Selective Metasurface for Full-Space Wavefront Manipulation with Nearly 100% Efficiency”為題,發(fā)表在國際知名期刊《Advanced Optical Materials》上。

圖1 高效率全空間極化選擇超表面功能示意圖
極化選擇超表面作為實現(xiàn)多功能、高精度電磁波調(diào)控的核心技術(shù)之一,近年來在智能通信、信息處理與新型雷達(dá)系統(tǒng)等前沿領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而,當(dāng)前技術(shù)方案普遍面臨能量利用效率不高、通道間極化串?dāng)_嚴(yán)重等關(guān)鍵瓶頸,極大限制了其實用化和系統(tǒng)集成能力。為解決這一難題,司黎明教授課題組成功設(shè)計并實現(xiàn)了一種工作于X波段的新型高效率全空間極化選擇超表面。該超表面通過引入幾何相位與傳播相位協(xié)同調(diào)控機(jī)制,突破傳統(tǒng)多層堆疊與結(jié)構(gòu)復(fù)雜限制,顯著提升了系統(tǒng)整體性能。實驗證明,該超表面不僅能夠在反射與透射模式下分別實現(xiàn)不同的軌道角動量調(diào)控(OAM)——反射模式下模態(tài) ??=+1 的純度高達(dá) 90.08%,透射模式下模態(tài) ??=+2 的純度則達(dá)到 95.51%,還實現(xiàn)了近100%的超高效率全空間調(diào)控能力,實測效率高達(dá)97%。該超表面架構(gòu)高度集成、結(jié)構(gòu)緊湊,可實現(xiàn)雙通道渦旋波的高效復(fù)用與解復(fù)用,展現(xiàn)出全空間、無串?dāng)_、高效率的電磁波波前控制能力。有望在高容量通信系統(tǒng)中展現(xiàn)顯著優(yōu)勢,并在無人機(jī)、自動駕駛及電磁空間信息傳輸?shù)惹把仡I(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。

圖2 超表面單元物理結(jié)構(gòu)及其電磁性能

圖3 全空間極化選擇超表面原型樣機(jī)

圖4 反射與透射模式的電磁性能
論文第一完成單位為北京理工大學(xué),第一作者為司黎明教授。沈琦濤博士生、董琳博士生、張航碩士、黨晨陽博士生、鮑秀娥副教授,以及上海交通大學(xué)朱衛(wèi)仁長聘副教授等為論文共同作者。此項工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金-海淀原始創(chuàng)新聯(lián)合基金、毫米波國家重點實驗室開放課題、航天九院科技重點實驗室開放基金 、北京理工大學(xué)基礎(chǔ)研究基金中白國際合作項目、高等學(xué)校學(xué)科科研創(chuàng)新引智計劃項目等的支持。
文章信息:Liming Si*, Qitao Shen, Ling Dong, Hang Zhang, Chenyang Dang, Xiue Bao, Weiren Zhu*, “Crosstalk-free spin-selective metasurface for full-space wavefront manipulation with nearly 100% efficiency”,Advanced Optical Materials, pp: 2501041, 2025.
論文鏈接:https://doi.org/10.1002/adom.202501041
附作者簡介:
司黎明,北京理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、工程碩博士學(xué)位評定分委員委員、集成電路與電子學(xué)院副院長、IEEE高級會員、中國電子學(xué)會高級會員、中國通信學(xué)會高級會員。從事電磁場與微波技術(shù)的教學(xué)和研究工作,涉及智能電磁控制、天線理論與技術(shù)、太赫茲技術(shù)與應(yīng)用和雷達(dá)仿真與目標(biāo)識別領(lǐng)域。主講本科生課程《電磁場與電磁波》和研究生課程《太赫茲技術(shù)與應(yīng)用》。主持國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、河北省自然科學(xué)基金等科研項目30余項。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物和國際學(xué)術(shù)會議發(fā)表論文160余篇,授權(quán)國家發(fā)明專利十余項,受邀作大會報告十余次。擔(dān)任多個國際SCI學(xué)術(shù)期刊編委和??妥庉嫛,F(xiàn)為中國計量測試學(xué)會電子計量專業(yè)委員會副主任委員、中國超材料學(xué)會理事、全國人工智能計量協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)伙伴聯(lián)盟理事會理事、智能超表面技術(shù)聯(lián)盟理事、國家自然科學(xué)基金評審專家、教育部學(xué)科評議組成員、北京市科委科技專家,以及多個期刊審稿專家。擔(dān)任IEEE MTT-S國際微波研討會系列(IEEE IMWS-AMP)、電磁學(xué)進(jìn)展研究研討會(PIERS)、國際微波與毫米波技術(shù)會議(ICMMT)、射頻電子測量國際會議(CRFM)、中國微波周、全國天線年會、全國超材料大會(CMMC)、世界光子大會太赫茲技術(shù)及應(yīng)用專題(WPC)等多個學(xué)術(shù)大會學(xué)術(shù)委員會委員、程序委員會委員或分會主席。榮獲北京高校優(yōu)質(zhì)本科教材課件、北京理工大學(xué)教學(xué)名師、“我愛我?guī)煛弊钍軐W(xué)生喜愛的教師、微波信息優(yōu)秀教師獎、迪文優(yōu)秀教師獎、教書育人類表彰等。
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