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新型微波超材料對空間波和表面等離激元波的自由調(diào)控或?qū)崟r(shí)調(diào)控

成果介紹超材料(Metamaterial),或其二維形式—超表面(Metasurface)由具有亞波長尺寸的人工原子周期或者非周期地排列而成,其描述方式可分為等效媒質(zhì)和空間編碼兩種形式。由等效媒質(zhì)描述的超材料(或超表面)我們稱之為新型人工電磁媒質(zhì),由空間編碼描述的超材料(超表面)我們稱之為編碼超材料(超表面)和數(shù)字超材料(超表面)。對于新型人工電磁媒質(zhì),人們通過自由設(shè)計(jì)單元結(jié)構(gòu)、單元排列方式、以及單元各向異性,可以根據(jù)意愿控制等效媒質(zhì)的媒質(zhì)參數(shù),實(shí)現(xiàn)自然界中不存在或者很難實(shí)現(xiàn)的介電常數(shù)和/或磁導(dǎo)率,進(jìn)而控制電磁波。本成果對于新型人工電磁媒質(zhì)對電磁波的調(diào)控作用,例如隱身衣、電磁黑洞、雷達(dá)幻覺器件、遠(yuǎn)場超分辨率成像透鏡、新型透鏡天線、隱身表面、極化轉(zhuǎn)換器、人工表面等離激元器件及混合集成電路等。技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及參數(shù)對于編碼和數(shù)字超材料(超表面),我們提出基于空間編碼調(diào)控電磁波的新思路。其中,一比特編碼超材料選用相位差接近180度的兩種基本單元(記為0單元和1單元),按照一定規(guī)律排列0和1單元構(gòu)成超材料,以實(shí)現(xiàn)所需的設(shè)計(jì)功能。當(dāng)電磁編碼采用FPGA控制時(shí),可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場可編程超材料,即單一的超材料在FPGA的實(shí)時(shí)控制下可實(shí)現(xiàn)多種功能(例如單波束、多波束、波束掃描、隱身功能等)。市場前景本成果獲得國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。該項(xiàng)目突破傳統(tǒng)模擬超材料的等效媒質(zhì)表征方法，創(chuàng)造性地提出用 0 和 1 表征的數(shù)字超材料，建了數(shù)字編碼和現(xiàn)場可編程超材料新體系；在國際上率先從微波傳輸線的角度研究人工 SPP 超材料，提出一種性能優(yōu)越的超薄、可共形 SPP 傳輸線，開辟了基于 SPP 模式的微波領(lǐng)域新分支，實(shí)現(xiàn)了超材料研究從跟跑、并跑變成走在世界前列的跨越。

東南大學(xué) 2021-04-11

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