近日，東南大學崔鐵軍院士研究團隊和新加坡國立大學仇成偉教授及新加坡南洋理工大學羅宇教授合作，提出、設(shè)計并實現(xiàn)了一種可對電磁功能進行編程的光驅(qū)動數(shù)字編碼超表面。在該光驅(qū)動數(shù)字超表面平臺上，能夠用可見光強度實時調(diào)控微波的反射相位響應，解決了以往多通道電控超表面需要大量復雜物理導線連接帶來的微波信號與直流信號串擾難題，同時實現(xiàn)了非接觸式遠程可編程調(diào)控，為高度集成化的遠程可編程超表面系統(tǒng)的研制奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果以An optically driven digital metasurface forprogramming electromagnetic functions為題發(fā)表在Nature Electronics上。論文通訊作者為東南大學蔣衛(wèi)祥教授、崔鐵軍教授及新加坡國立大學仇成偉教授，第一作者為東南大學博士生張信歌。

超表面是由大量亞波長單元在二維平面上周期或非周期排布而構(gòu)成的人工結(jié)構(gòu)陣列，能夠?qū)﹄姶挪ㄟM行靈活操控。由于超表面具有超薄結(jié)構(gòu)和較強的可自主設(shè)計性而受到廣大研究者青睞。特別是有數(shù)字編碼超表面，能夠在單一平臺上完成對電磁波的多功能可編程調(diào)控。在微波頻段，構(gòu)建數(shù)字編碼超表面的常用方法是在超表面單元中加載半導體器件（例如PIN二極管和變?nèi)莨埽欢@種方法一般需要大量導線、外部電源和復雜控制電路提供直流控制信號來驅(qū)動超表面，且外部電源和控制器必須通過導線和超表面相互連接，會增加系統(tǒng)體積，也會帶來直流和微波信號間的串擾。

不同于有線的電控方式，無線的光控方式最近被提出和應用于微波動態(tài)超表面的調(diào)控（相關(guān)成果于2018年發(fā)表在Advanced science，DOI: 10.1002/advs.201801028和Applied physics letter，DOI: 10.1063/1.5045718）。然而，已實現(xiàn)的微波段光控超表面是窄帶的，且只能整體或者在一維方向上實現(xiàn)調(diào)控，大大限制了數(shù)字編碼超表面的可編程性。無線通信的快速發(fā)展和日益復雜的電磁環(huán)境對電磁器件和系統(tǒng)的多任務處理能力和集成化要求越來越高，因此設(shè)計和實現(xiàn)高度集成化、且具有強可編程能力的電磁器件和系統(tǒng)是一個研究熱點，但在微波波段構(gòu)建可編程性強、寬帶、且可無線遠程調(diào)控的數(shù)字編碼超表面依存在一定困難。

為了克服上述困難，該工作通過將多個獨立的基于硅光電池的光傳感網(wǎng)絡(luò)集成在精心設(shè)計的基于變?nèi)莨艿某砻姹澈螅O(shè)計了一款超緊湊的寬帶光控可編程數(shù)字超表面平臺。設(shè)計的光傳感網(wǎng)絡(luò)能夠接收不同強度的可見光，然后產(chǎn)生不同的偏置電壓，進而調(diào)控寬帶超表面的微波反射相位。通過接收不同的光照圖案，在該光控可編程數(shù)字平臺口徑上能實時產(chǎn)生不同的相位分布，進而實現(xiàn)種類不同的電磁功能。另外，此類光驅(qū)動可編程數(shù)字平臺作為一種電子橋梁連接了光輸入和微波輸出，且驗證了可以用標量光強度控制矢量微波的可行性，有望為未來發(fā)展先進光電混合器件和可見光與微波融合通信系統(tǒng)等提供新的技術(shù)方案。