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近日，北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院司黎明教授課題組在極化選擇超表面技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域取得進(jìn)展。課題組提出一種新型高效無(wú)串?dāng)_極化選擇超表面，可實(shí)現(xiàn)近100%效率的全空間電磁波波前調(diào)控。該成果以“Crosstalk-Free Spin-Selective Metasurface for Full-Space Wavefront Manipulation with Nearly 100% Efficiency”為題，發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Advanced Optical Materials》上。

圖1 高效率全空間極化選擇超表面功能示意圖

極化選擇超表面作為實(shí)現(xiàn)多功能、高精度電磁波調(diào)控的核心技術(shù)之一，近年來(lái)在智能通信、信息處理與新型雷達(dá)系統(tǒng)等前沿領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而，當(dāng)前技術(shù)方案普遍面臨能量利用效率不高、通道間極化串?dāng)_嚴(yán)重等關(guān)鍵瓶頸，極大限制了其實(shí)用化和系統(tǒng)集成能力。為解決這一難題，司黎明教授課題組成功設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種工作于X波段的新型高效率全空間極化選擇超表面。該超表面通過(guò)引入幾何相位與傳播相位協(xié)同調(diào)控機(jī)制，突破傳統(tǒng)多層堆疊與結(jié)構(gòu)復(fù)雜限制，顯著提升了系統(tǒng)整體性能。實(shí)驗(yàn)證明，該超表面不僅能夠在反射與透射模式下分別實(shí)現(xiàn)不同的軌道角動(dòng)量調(diào)控（OAM）——反射模式下模態(tài) ??=+1 的純度高達(dá) 90.08%，透射模式下模態(tài) ??=+2 的純度則達(dá)到 95.51%，還實(shí)現(xiàn)了近100%的超高效率全空間調(diào)控能力，實(shí)測(cè)效率高達(dá)97%。該超表面架構(gòu)高度集成、結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)雙通道渦旋波的高效復(fù)用與解復(fù)用，展現(xiàn)出全空間、無(wú)串?dāng)_、高效率的電磁波波前控制能力。有望在高容量通信系統(tǒng)中展現(xiàn)顯著優(yōu)勢(shì)，并在無(wú)人機(jī)、自動(dòng)駕駛及電磁空間信息傳輸?shù)惹把仡I(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。

圖2 超表面單元物理結(jié)構(gòu)及其電磁性能

圖3 全空間極化選擇超表面原型樣機(jī)

圖4 反射與透射模式的電磁性能

論文第一完成單位為北京理工大學(xué)，第一作者為司黎明教授。沈琦濤博士生、董琳博士生、張航碩士、黨晨陽(yáng)博士生、鮑秀娥副教授，以及上海交通大學(xué)朱衛(wèi)仁長(zhǎng)聘副教授等為論文共同作者。此項(xiàng)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金-海淀原始創(chuàng)新聯(lián)合基金、毫米波國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題、航天九院科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金 、北京理工大學(xué)基礎(chǔ)研究基金中白國(guó)際合作項(xiàng)目、高等學(xué)校學(xué)科科研創(chuàng)新引智計(jì)劃項(xiàng)目等的支持。

文章信息：Liming Si*, Qitao Shen, Ling Dong, Hang Zhang, Chenyang Dang, Xiue Bao, Weiren Zhu*, “Crosstalk-free spin-selective metasurface for full-space wavefront manipulation with nearly 100% efficiency”,Advanced Optical Materials, pp: 2501041, 2025.

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adom.202501041

附作者簡(jiǎn)介：

司黎明，北京理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、工程碩博士學(xué)位評(píng)定分委員委員、集成電路與電子學(xué)院副院長(zhǎng)、IEEE高級(jí)會(huì)員、中國(guó)電子學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、中國(guó)通信學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員。從事電磁場(chǎng)與微波技術(shù)的教學(xué)和研究工作，涉及智能電磁控制、天線(xiàn)理論與技術(shù)、太赫茲技術(shù)與應(yīng)用和雷達(dá)仿真與目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域。主講本科生課程《電磁場(chǎng)與電磁波》和研究生課程《太赫茲技術(shù)與應(yīng)用》。主持國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、河北省自然科學(xué)基金等科研項(xiàng)目30余項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物和國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議發(fā)表論文160余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利十余項(xiàng)，受邀作大會(huì)報(bào)告十余次。擔(dān)任多個(gè)國(guó)際SCI學(xué)術(shù)期刊編委和專(zhuān)刊客座編輯?，F(xiàn)為中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)電子計(jì)量專(zhuān)業(yè)委員會(huì)副主任委員、中國(guó)超材料學(xué)會(huì)理事、全國(guó)人工智能計(jì)量協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)伙伴聯(lián)盟理事會(huì)理事、智能超表面技術(shù)聯(lián)盟理事、國(guó)家自然科學(xué)基金評(píng)審專(zhuān)家、教育部學(xué)科評(píng)議組成員、北京市科委科技專(zhuān)家，以及多個(gè)期刊審稿專(zhuān)家。擔(dān)任IEEE MTT-S國(guó)際微波研討會(huì)系列（IEEE IMWS-AMP）、電磁學(xué)進(jìn)展研究研討會(huì)（PIERS）、國(guó)際微波與毫米波技術(shù)會(huì)議（ICMMT）、射頻電子測(cè)量國(guó)際會(huì)議（CRFM）、中國(guó)微波周、全國(guó)天線(xiàn)年會(huì)、全國(guó)超材料大會(huì)（CMMC）、世界光子大會(huì)太赫茲技術(shù)及應(yīng)用專(zhuān)題（WPC）等多個(gè)學(xué)術(shù)大會(huì)學(xué)術(shù)委員會(huì)委員、程序委員會(huì)委員或分會(huì)主席。榮獲北京高校優(yōu)質(zhì)本科教材課件、北京理工大學(xué)教學(xué)名師、“我愛(ài)我?guī)煛弊钍軐W(xué)生喜愛(ài)的教師、微波信息優(yōu)秀教師獎(jiǎng)、迪文優(yōu)秀教師獎(jiǎng)、教書(shū)育人類(lèi)表彰等。