数字人工表面等离激元

2020-05-29
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数字编码和数字调制技术是现代信息科学的重要基石,是无线通信领域不可或缺的重要环节。然而,受限于缺乏对物理场的精确操控,现有编码与调制技术依旧在“数字世界”中进行,无法直接作用于物理器件。2019年初,东南大学崔铁军教授团队提出了时域数字编码超材料,开创性地将数字技术与电磁波物理调控结合在一起,应用超材料平台实现了数字与射频一体化(National Science Review 6: 231-238, 2019)。然而,如何在深度亚波长尺度下灵活操纵数字态电磁波仍然是一个挑战性难题。


近来,崔铁军教授团队及新加坡南洋理工大学罗宇教授合作,在相关课题上取得了突破性进展,在《国家科学评论》(National Science Review)发表研究论文“Active Digital Spoof Plasmonics”(第一作者为博士生张浩驰),提出并实际研制了一种数字化人工表面等离激元超表面,实现了表面等离激元与数字编码及数字调制技术的深度结合。


自2013年崔铁军教授课题组与合作者在微波频段提出可共形、超薄人工表面等离激元传输线以来,相关研究一直是物理和工程领域的研究热点。但传统的人工表面等离激元超材料一旦制备无法获得功能转变,因此在亚波长尺度下对表面等离激元的实时操纵仍然是个难题。为了解决这一问题,该联合研究团队在既往工作的基础上,创造性地提出了离散化表面等离激元色散调控技术,构造出与数字“0”和“1”相对应的两种离散色散状态,从而建立起沟通“数字世界”和表面等离激元学的桥梁。该研究不仅突破了“表面等离激元学”与“数字世界”之间的壁垒,而且将数字超材料的概念拓展到了束缚态电磁波操控领域,为数字超材料的实际应用提供了新思路。


为了证明所提出方法的有效性,该联合研究团队利用该技术构建了基于表面等离激元的数字调制结构,在同一物理结构上同时实现了“幅移键控”和“相移键控”两种数字调制功能。该技术不仅为有源色散调控提供了全新思路,同时也为高频数字调控器件和系统的设计开辟了新途径,有望在新一代无线通信和集成电路等诸多领域发挥重要作用。

相关论文链接: https://doi.org/10.1093/nsr/nwz148


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