北京理工在极化选择超表面技术应用领域取得进展

近日，北京理工大学集成电路与电子学院司黎明教授课题组在极化选择超表面技术应用领域取得进展。课题组提出一种新型高效无串扰极化选择超表面，可实现近100%效率的全空间电磁波波前调控。该成果以“Crosstalk-Free Spin-Selective Metasurface for Full-Space Wavefront Manipulation with Nearly 100% Efficiency”为题，发表在国际知名期刊《Advanced Optical Materials》上。

图片:c2be062c013340e2baaa9aaddec1e146.png

图1.高效率全空间极化选择超表面功能示意图

极化选择超表面作为实现多功能、高精度电磁波调控的核心技术之一，近年来在智能通信、信息处理与新型雷达系统等前沿领域受到广泛关注。然而，当前技术方案普遍面临能量利用效率不高、通道间极化串扰严重等关键瓶颈，极大限制了其实用化和系统集成能力。为解决这一难题，司黎明教授课题组成功设计并实现了一种工作于X波段的新型高效率全空间极化选择超表面。该超表面通过引入几何相位与传播相位协同调控机制，突破传统多层堆叠与结构复杂限制，显著提升了系统整体性能。实验证明，该超表面不仅能够在反射与透射模式下分别实现不同的轨道角动量调控（OAM）——反射模式下模态 𝑙=+1 的纯度高达 90.08%，透射模式下模态 𝑙=+2 的纯度则达到 95.51%，还实现了近100%的超高效率全空间调控能力，实测效率高达97%。该超表面架构高度集成、结构紧凑，可实现双通道涡旋波的高效复用与解复用，展现出全空间、无串扰、高效率的电磁波波前控制能力。有望在高容量通信系统中展现显著优势，并在无人机、自动驾驶及电磁空间信息传输等前沿领域拥有广阔的应用前景。

图片:81b0f9314973464b8ab77d75403d0757.png

图2 超表面单元物理结构及其电磁性能

论文第一完成单位为北京理工大学，第一作者为司黎明教授。沈琦涛博士生、董琳博士生、张航硕士、党晨阳博士生、鲍秀娥副教授，以及上海交通大学朱卫仁长聘副教授等为论文共同作者。此项工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金-海淀原始创新联合基金、毫米波国家重点实验室开放课题、航天九院科技重点实验室开放基金 、北京理工大学基础研究基金中白国际合作项目、高等学校学科科研创新引智计划项目等的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adom.202501041