让电磁波谱跳舞的神奇超表面 | NSR研究论文

2019-02-20 来源:中国科学杂志社 我要评论(0) 字号:

转载自中国科学杂志社2018-12-11 

“时间编码数字超表面”能对电磁波频谱进行动态精确调控,可应用于新构架无线通信和雷达系统。

当入射光线足够强,光线与介质材料之间的相互作用将不再遵循简单的线性规则,而是发生“非线性光学效应”。在非线性光学中,一种重要的现象是谐波的产生,即辐射场在新频率(谐波)处产生振荡。

在通信、光存储和传感器等领域,谐波等非线性光学现象拥有广泛的应用潜力。但如何实现对谐波的高效、灵活调控是一个颇具挑战性的问题。

近期,东南大学研究团队(赵捷、阳析、戴俊彦、程强教授、金石教授以及崔铁军教授)及合作者在该领域取得了突破性进展,他们从理论上提出并实际研制了一种时间编码数字超表面,可实现对非线性谐波的动态、高效调控。相应成果已在线发表于《国家科学评论》(National Science Review, NSR)。

在既往工作的基础上,研究者引入周期性单元控制信号,以可编程方式实现了超表面对电磁频谱的实时动态调控,以及对不同谐波的精确控制,并可实现入射能量从载波至高阶谐波的高效转换。更重要的是,此超表面设计简单、可实现性强,因而拥有良好的应用前景。

为检验该超表面的应用潜力,研究者利用它构建了一种新体制无线通信系统构架。在该构架中,传统通信系统发射机中所必须的数模转换、混频器、射频链路、天线等部件被超表面和现场可编程门阵列所取代,基带信号直接映射为超表面反射系数,实现对入射波载波频率的调制。该系统在多角度、有干扰等情形下均实现了信息的低误码率、高速传输,大大简化了通信系统的复杂度,为新一代通信、雷达系统的发展提供了新思路。

实验中的无限通信系统架构(b)以及在0°和30°角度上接收到的信号(c,d)

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主题阅读: 东南大学  电磁波

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