人工電磁超表面(meta-surface)是近一兩年人工電磁超材料(metamaterial)研究的最新發(fā)展方向和研究熱點之一,它可實現(xiàn)對電磁波反射和透射的靈活調(diào)控。近日英國自然出版集團出版的《科學(xué)報告》(SCIENTIFIC REPORTS | 3 : 3059 | DOI: 10.1038/srep03059)發(fā)表了南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院馮一軍教授課題組的題為“Active impedance metasurface with full 360° reflection phase tuning”研究成果,該論文主要報道了一種可實現(xiàn)電磁波反射相位360度動態(tài)調(diào)控的新型人工電磁超表面。
超表面是一種由超材料結(jié)構(gòu)單元構(gòu)造的超薄二維陣列平面,可實現(xiàn)對電磁波相位、極化方式、傳播模式等特性的靈活有效調(diào)控。2011年通過超表面實現(xiàn)反常電磁波透射和反射,從而拓展傳統(tǒng)電磁波折射定律的工作在美國《科學(xué)》雜志發(fā)表后即引起了廣泛的關(guān)注,通過超表面可實現(xiàn)負(fù)折射、負(fù)反射、極化旋轉(zhuǎn)、匯聚成像、復(fù)雜波束、傳播波向表面波轉(zhuǎn)化等新穎物理效應(yīng)。超表面豐富獨特的物理特性及其對電磁波的靈活調(diào)控能力使其在隱身技術(shù)、天線技術(shù)、微波和太赫茲器件、光電子器件等諸多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。
超表面對電磁波相位的調(diào)控是其運用的關(guān)鍵,而目前絕大多數(shù)超表面一經(jīng)設(shè)計成型后,其對電磁波相位性質(zhì)的調(diào)控就固定不變了。最近,馮一軍教授和朱博博士將有源微波器件融入超表面的結(jié)構(gòu)設(shè)計中,實現(xiàn)了超表面電磁波阻抗的主動調(diào)節(jié)。他們巧妙地設(shè)計了一種具有雙諧振性質(zhì)的超表面單元,可在固定頻段內(nèi)實現(xiàn)對微波信號反射相位的360度連續(xù)動態(tài)調(diào)控,解決了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中相位調(diào)節(jié)范圍不足的問題。運用這種技術(shù)可對超表面每個單元的相位調(diào)節(jié)性質(zhì)進行改變和控制,形成多種形式的相位調(diào)節(jié)方案,為電磁波調(diào)控提供了更為靈活的方法。該超表面設(shè)計方法還可進一步擴展到太赫茲、紅外和光波段的器件設(shè)計中,實現(xiàn)對電磁波的波束調(diào)節(jié)、波束掃描、匯聚成像、復(fù)雜波束形成、極化轉(zhuǎn)換等調(diào)控,具有廣闊的應(yīng)用前景。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項目、青年基金和重大項目(項目批準(zhǔn)號:61301017, 61371034, 60990322, 61101011)和教育部的資助。