电信学院课题组与国外学者合作在电磁波功能调控领域取得重要研究进展

哈工大报讯（电信/文）近日，我校张狂副教授、吴群教授与国外学者合作率领团队成员在超构表面对电磁波的多功能调控基础研究领域取得重要突破，提出了一种基于手性几何超构表面的相位调控通用方法，能够对全部圆极化通道进行独立调控，从而实现出射能量的全场利用。相关研究成果以“Independent phase modulation for quadruplex polarization channels enabled by chirality-assisted geometric-phase metasurfaces”为题，发表在《自然·通讯》(Nature Communications)上。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-020-17773-6。

超构表面是一种由亚波长准周期单元组成的二维平面结构，能够实现对电磁波幅度、相位、极化，以及频率特性的人工调控。随着加工技术的日益成熟，超表面已被广泛应用于光学透镜、成像系统、雷达散射截面缩减、无线通信系统、生物医学治疗与诊断等众多领域当中。

几何相位是调控圆极化电磁波最直接的方法之一。然而在实际应用中，基于几何相位的超构表面无法利用出射场中的同极化分量，这意味着50%的电磁能量并未得以利用，同时半数的极化通道处于空闲状态，极大地限制了无线系统中传输信道的开发。

针对于这一缺陷，课题组通过将手性诱导相位引入超构表面设计中，提出圆极化传输通道间的内部相干性多维度解耦的通用方法，从而实现了所有圆极化通道的独立相位控制。基于该通用方法，设计出携带4种不同轨道角动量数的涡旋超表面。入射波极化状态的多元化设计也进一步验证超表面对出射能量的高度利用率以及出射场中正交极化功能的稳定性。该设计方案可拓展至其他频段通过改变结构或材料加以复现，同时为多功能波前集成器件、多路复用信道传输系统、可重构天线设计、自旋选择性光学研究等多个领域提供了一种全新的思路。

圆极化全通道独立相位调控的原理示意图