【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，電信學(xué)院張狂教授團(tuán)隊(duì)提出近零損耗的電磁波任意極化態(tài)轉(zhuǎn)換概念，為實(shí)現(xiàn)高效率、緊湊型的任意極化轉(zhuǎn)換器件及系統(tǒng)提供全新范式。相關(guān)成果以《非正交超構(gòu)表面實(shí)現(xiàn)逼近于效率極限的任意極化轉(zhuǎn)換》(Reaching the efficiency limit of arbitrary polarization transformation with nonorthogonal metasurfaces)為題發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)上。該研究成果創(chuàng)新性地闡明并驗(yàn)證了非正交本征模態(tài)在極化轉(zhuǎn)換及波前調(diào)節(jié)中的作用，為高效率極化信道擴(kuò)容提供理論途徑，有望應(yīng)用于未來無線通信極化復(fù)用及信息加密技術(shù)當(dāng)中。
 

　　傳統(tǒng)波片、偏振片等器件對(duì)電磁波極化態(tài)的調(diào)控均依賴于其自身的雙折射特性(正交本征模態(tài))，僅局限于對(duì)線、圓極化電磁波實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換作用。隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，定制化的橢圓極化轉(zhuǎn)換在偏振成像、信息加密與存儲(chǔ)、智能虛擬現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用中將發(fā)揮重要作用。然而，傳統(tǒng)橢圓極化轉(zhuǎn)換大多通過多波片級(jí)聯(lián)的光路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)復(fù)雜、體積龐大。電磁超構(gòu)表面為橢圓極化波的調(diào)節(jié)提供了可行途徑，但受限于物理結(jié)構(gòu)，其對(duì)任意橢圓態(tài)的極化轉(zhuǎn)換效率始終無法突破(現(xiàn)報(bào)道相關(guān)成果小于30%)，在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨挑戰(zhàn)。
 

　　針對(duì)這一問題，團(tuán)隊(duì)提出非正交超構(gòu)表面的物理概念，通過建立非正交本征模態(tài)與極化轉(zhuǎn)換效率間的解析模型，從理論上證明了打破本征模態(tài)的正交性是實(shí)現(xiàn)任意極化態(tài)無耗轉(zhuǎn)換的必要前提。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，非正交超構(gòu)表面能夠在寬帶8GHz-12GHz、45°大角度斜入射條件下實(shí)現(xiàn)近零損耗(大于90%)的任意極化轉(zhuǎn)換與傳輸，并且為極化通道的靈活選通與抑制提供全新的自由度。
 

　　哈工大為論文第一通訊單位。電信學(xué)院張狂教授、法國巴黎第十大學(xué)納瓦茲(Shah Nawaz Burokur)教授、科羅拉多礦業(yè)大學(xué)帕特萊斯(Patrice Genevet)教授為論文共同通訊作者。電信學(xué)院袁樂眙老師為論文第一作者，吳群教授參與相關(guān)研究工作。
 

　　該研究獲國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目、中國科協(xié)青年人才托舉工程、哈工大青年科學(xué)家工作室等項(xiàng)目資助。(梁英爽 袁樂眙 文/圖)
 

　　圖A 非正交本征模態(tài)的工作原理示意圖；圖B 正交及非正交超構(gòu)表面實(shí)現(xiàn)有耗及無耗任意極化轉(zhuǎn)換過程；圖C 非正交超構(gòu)表面實(shí)物圖；圖D 任意極化轉(zhuǎn)換效率的部分實(shí)測結(jié)果