北理工課題組在時空編碼渦旋波超表面智能電磁控制方面取得重要進展
發(fā)布日期：2025-03-04 供稿：集成電路與電子學院 攝影：集成電路與電子學院
編輯：李曉雨 審核：薛正輝 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學集成電路與電子學院司黎明教授課題組在時空編碼渦旋波超表面智能電磁控制方面取得重要進展。課題組提出一種時空編碼渦旋波超表面理論與技術，能夠有效實現(xiàn)渦旋波軌道角動量（OAM）模式復用及功率分配的動態(tài)智能電磁控制，如圖1所示。相關成果以“Dynamic Generation of Multiplexed Vortex Beams by a Space-Time-Coding Metasurface”為題發(fā)表在國際知名期刊《Photonics Research》（中科院1區(qū)Top期刊）上。
圖1 復用渦旋波智能電磁控制系統(tǒng)示意圖
可編程超表面通常只能實現(xiàn)對相位等單一電磁參量的離散控制，而如何動態(tài)生成具有任意定制模式組成和功率分配的復用渦旋波仍未得到有效解決。為此，課題組提出了一種智能電磁控制理論與技術，能夠在不改變物理結構或輸入激勵的情況下，動態(tài)調(diào)節(jié)生成的復用渦旋波束的軌道角動量（OAM）模式組成和功率分配。時空編碼渦旋波超表面原型樣機在微波頻段得到實驗驗證，如圖2所示。實驗結果表明，由該超表面生成的OAM模式（+1/+2/+3模式）的渦旋波束，其模式純度均高于93%。同時，該超表面成功實現(xiàn)了定制功率比為1:1:1的(+1, +2, +3)模式、功率比為1:2:3的(+1, +2, +3)模式，以及功率比為1:2:2:1的(-2, -1, +1, +2)模式復用渦旋波束，驗證了超表面在生成復用渦旋波束方面的優(yōu)異性能，如圖3-5所示。該方法可有效推廣至太赫茲、紅外和光學頻段，并在多模態(tài)復用通信、雷達和傳感系統(tǒng)中展現(xiàn)出較大的應用潛力，有望推動相關領域的技術創(chuàng)新和發(fā)展。
圖2 微波頻段復用渦旋波超表面原型樣機
圖3 復用渦旋波生成時空編碼序列
圖4 渦旋波束實驗結果圖
圖5 復用渦旋波束模式純度理論與實驗結果對比圖
論文第一完成單位為北京理工大學，第一作者為博士研究生湯鵬程，通訊作者為司黎明教授。合作者為上海交通大學朱衛(wèi)仁長聘副教授、賀沖副教授等。此項工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金-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、北京理工大學基礎研究基金中白國際合作項目等支持。
文章信息：Pengcheng Tang, Liming Si*, Qianqian Yuan, Jie Tian, Jiaxuan Deng, Tianyu Ma, Xiue Bao, Chong He, Weiren Zhu, “Dynamic generation of multiplexed vortex beams by a space-time-coding metasurface,” Photonics Research, Vol. 13, No 1, pp: 225-234, 2025.
論文鏈接：https://doi.org/10.1364/PRJ.543744
附作者簡介：
第一作者，湯鵬程，北京理工大學集成電路與電子學院在讀博士研究生，導師為司黎明教授。主要研究方向為智能超表面、智能電磁控制、太赫茲技術與應用。在Photonics Research, Optics Express, Optics & Laser Technology 等期刊和國際會議發(fā)表學術論文10篇。曾獲2023和2024學年北京理工大學一等獎學金。
通訊作者，司黎明，北京理工大學教授、博士生導師，集成電路與電子學院副院長，睿信書院輪值副院長，IEEE高級會員、中國電子學會高級會員、中國通信學會高級會員。長期從事電磁場與微波技術的教學和研究工作，涉及天線理論與技術、智能電磁控制、太赫茲技術與應用。主持和參與國家自然科學基金、北京市自然科學基金、973、863、173、民用航天等科研項目30余項。在國內(nèi)外刊物和國際學術會議上發(fā)表學術論文160余篇，受邀作大會報告十余次，授權國家發(fā)明專利十余項。擔任多個國際SCI學術期刊編委和專刊客座編輯。現(xiàn)任中國計量測試學會電子計量專業(yè)委員會副主任委員、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、智能超表面技術聯(lián)盟理事、中國材料學會超材料分會理事、并擔任國家自然科學基金通信評議人、教育部學科評議組成員、北京市科委科技專家，以及多個期刊審稿專家。榮獲北京高校優(yōu)質(zhì)本科教材課件、北京理工大學教學名師、“我愛我?guī)煛弊钍軐W生喜愛的教師、伍捍東魏茂華微波信息優(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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