轉(zhuǎn)載自中國(guó)科學(xué)雜志社2018-12-11 

“時(shí)間編碼數(shù)字超表面”能對(duì)電磁波頻譜進(jìn)行動(dòng)態(tài)精確調(diào)控，可應(yīng)用于新構(gòu)架無(wú)線通信和雷達(dá)系統(tǒng)。

當(dāng)入射光線足夠強(qiáng)，光線與介質(zhì)材料之間的相互作用將不再遵循簡(jiǎn)單的線性規(guī)則，而是發(fā)生“非線性光學(xué)效應(yīng)”。在非線性光學(xué)中，一種重要的現(xiàn)象是諧波的產(chǎn)生，即輻射場(chǎng)在新頻率（諧波）處產(chǎn)生振蕩。

在通信、光存儲(chǔ)和傳感器等領(lǐng)域，諧波等非線性光學(xué)現(xiàn)象擁有廣泛的應(yīng)用潛力。但如何實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的高效、靈活調(diào)控是一個(gè)頗具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。

近期，東南大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)（趙捷、陽(yáng)析、戴俊彥、程強(qiáng)教授、金石教授以及崔鐵軍教授）及合作者在該領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，他們從理論上提出并實(shí)際研制了一種時(shí)間編碼數(shù)字超表面，可實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性諧波的動(dòng)態(tài)、高效調(diào)控。相應(yīng)成果已在線發(fā)表于《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》(National Science Review, NSR)。

在既往工作的基礎(chǔ)上，研究者引入周期性單元控制信號(hào)，以可編程方式實(shí)現(xiàn)了超表面對(duì)電磁頻譜的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)控，以及對(duì)不同諧波的精確控制，并可實(shí)現(xiàn)入射能量從載波至高階諧波的高效轉(zhuǎn)換。更重要的是，此超表面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)，因而擁有良好的應(yīng)用前景。

為檢驗(yàn)該超表面的應(yīng)用潛力，研究者利用它構(gòu)建了一種新體制無(wú)線通信系統(tǒng)構(gòu)架。在該構(gòu)架中，傳統(tǒng)通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)中所必須的數(shù)模轉(zhuǎn)換、混頻器、射頻鏈路、天線等部件被超表面和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列所取代，基帶信號(hào)直接映射為超表面反射系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)入射波載波頻率的調(diào)制。該系統(tǒng)在多角度、有干擾等情形下均實(shí)現(xiàn)了信息的低誤碼率、高速傳輸，大大簡(jiǎn)化了通信系統(tǒng)的復(fù)雜度，為新一代通信、雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展提供了新思路。

實(shí)驗(yàn)中的無(wú)限通信系統(tǒng)架構(gòu)（b）以及在0°和30°角度上接收到的信號(hào)（c，d）