超构表面高效调控电磁波

实现自由调控电磁波不仅具有重要的科学研究意义,而且是通讯、能源、国防等领域的迫切需求。为了解决自然材料调控电磁波能力受限的问题,人们提出了人工超构材料这一新概念,实现了负折射、光学隐身等奇异的电磁效应。然而,经过多年的发展,超构材料仍存在结构复杂、损耗偏高、难以集成调谐等挑战。最近,本团队与国际同行一起提出了超构表面的新概念。超构表面基于电磁波在平面微结构上散射时获得的界面相位突变,充分利用人工微结构的"排列序构"这一自由度,实现了对电磁波振幅、相位、偏振及波前分布的有效调控,克服了超构材料遇到的瓶颈问题。本文主要回顾了本团队在偏振调控、波前调控及动态调控等方面开展的创新性研究。     

Manipulating electromagnetic waves with metamaterials: Concept and microwave realizations

Our recent efforts in manipulating electromagnetic （EM） waves using metamaterials （MTMs） are reviewed with em- phasis on 1） manipulating wave polarization and transporting properties using homogeneous MTMs, 2） manipulating surface-wave properties using plasmonic MTMs, and 3） bridging propagating and surface waves using inhomogeneous meta-surfaces. For all these topics, we first illustrate the physical concepts and then present several typical practical real- izations and applications in the microwave regime.     

动态调控电磁隐身表面

电磁隐身表面在雷达通信与隐身领域具有重要的意义. 本文首先从带内透波/带外反射和带内透波/带外吸波隐身表面、带内透波/吸波和电磁感知隐身超表面四部分介绍了电磁隐身表面的研究进展,并提出了一种动态调控电磁隐身超表面,利用PIN二极管实现通带可开关带外吸收的超表面. 当PIN二极管断开时,在11.34 GHz处出现窄带透明窗口,在带外4.8~11.0 GHz和13.5~16.0 GHz的吸波性能均在?10 dB左右;当PIN二极管导通时,吸波频段的吸波性能基本无变化,但关闭了11.34 GHz处的窄带透明窗,从而实现了通带可开关的吸透一体化超表面,在现代军事雷达中有重要应用前景.     

表面等离极化激元的散射及波前调控

表面等离极化激元在片上信号传输、增强非线性/拉曼效应、生物/化学传感、超分辨成像等方面具有重要应用.在这些应用中,表面等离极化激元的近场传输及远场散射起着重要作用.然而,长期以来人们对相关物理效应缺乏简单有效的理论理解,这也限制了人们对表面等离极化激元的自由调控.本文首先简单回顾了表面等离极化激元的发展历史及现状,接着着重介绍了表面等离极化激元的近场传输效应和远场散射效应,包括其理论进展及其相关应用;最后还介绍了表面等离极化激元的近场波前调控的相关方法.基于这些进展,人们对表面等离极化激元的散射特性有了更为深刻的理解和更加强大的调控能力,这将对未来表面等离极化激元相关研究和应用带来启发.