近期，天津大學、山西大同大學、桂林電子科技大學、香港大學、美國俄克拉荷馬州立大學等多個課題組聯合報告了一種基于幾何相位的機械式可編程超表面。我校微結構電磁功能材料山西省重點實驗室科研人員蘇曉強、董麗娟、劉利峰和石云龍參與該工作，蘇曉強是第一通訊作者。相關工作以Mechanically reprogrammable Pancharatnam–Berry metasurface formicrowaves為題，以封面論文形式發表在Advanced Photonics2022年第1期。該期刊是中科院上海光機所主辦，中國激光雜志社與國際光學工程學會（SPIE）聯合出版的高水平光學頂刊，該項工作被“愛光學”和“中國激光雜志社”微信公眾號同時推送。
該超表面由20 c 20個超單元構成，每個超單元由一個步進馬達、三層傳動齒輪組以及16個金屬諧振器組成。在上位機的無線信號控制下，每個步進馬達可單獨帶動對應金屬諧振器組旋轉，進而實現準連續的幾何相位控制。研究人員通過可掃描聚焦、渦旋光束、計算全息成像等功能演示了該超表面的實時調控能力和卓越的波前控制能力。
該工作為可編程超表面的設計提供了一種新范式：（1）步進馬達的價格遠小于PIN二極管和可變電容等電子器件，并且可以借助機械傳動同時調控多個金屬諧振器，大幅降低了可編程超表面的整體成本和能耗；（2）僅需20 c 20的像素化相位點陣便可實現高質量的漢字全息成像，證明了準連續的相位控制在整體超表面的波前控制方面的大幅提升，為復雜無線通信系統的信道優化提供了更高的設計自由度；（3）維持固定功能時不需要持續供電，具有非易失特性，更適合用于長時間單一功能待機的應用場景。
機械式超表面的組裝與拆分更加靈活，具有可升級特性。未來可以使用更快速的步進馬達、更高傳送比的齒輪組、更高階數旋轉對稱性的金屬諧振器來提高幾何相位的調控速度。另一方面，機械式超單元內部可以采用非均勻傳動比例的齒輪組以及不同的金屬諧振器設計，有希望同時實現相位、振幅、偏振的多維度控制，積極推動可編程超表面的相關研究。
可編程超表面在無線信道的動態優化、自適應隱身衣、時空編碼通訊等方面具有很大的潛在應用。該工作的理論設計和數值計算主要由天津大學太赫茲研究中心完成，設備組裝和測量表征主要由微結構電磁功能材料山西省重點實驗室完成，我校本科生賀佳俊、溫樓宏、劉玉柱、黃宇聰等參與了實驗系統的組裝與調試。（科學技術部 固體物理研究所）
當前位置:
晉公網安備 14020002000134號 
