轉載自中國科學雜志社2018-12-11 

“時間編碼數字超表面”能對電磁波頻譜進行動態精確調控，可應用于新構架無線通信和雷達系統。

當入射光線足夠強，光線與介質材料之間的相互作用將不再遵循簡單的線性規則，而是發生“非線性光學效應”。在非線性光學中，一種重要的現象是諧波的產生，即輻射場在新頻率（諧波）處產生振蕩。

在通信、光存儲和傳感器等領域，諧波等非線性光學現象擁有廣泛的應用潛力。但如何實現對諧波的高效、靈活調控是一個頗具挑戰性的問題。

近期，東南大學研究團隊（趙捷、陽析、戴俊彥、程強教授、金石教授以及崔鐵軍教授）及合作者在該領域取得了突破性進展，他們從理論上提出并實際研制了一種時間編碼數字超表面，可實現對非線性諧波的動態、高效調控。相應成果已在線發表于《國家科學評論》(National Science Review, NSR)。

在既往工作的基礎上，研究者引入周期性單元控制信號，以可編程方式實現了超表面對電磁頻譜的實時動態調控，以及對不同諧波的精確控制，并可實現入射能量從載波至高階諧波的高效轉換。更重要的是，此超表面設計簡單、可實現性強，因而擁有良好的應用前景。

為檢驗該超表面的應用潛力，研究者利用它構建了一種新體制無線通信系統構架。在該構架中，傳統通信系統發射機中所必須的數模轉換、混頻器、射頻鏈路、天線等部件被超表面和現場可編程門陣列所取代，基帶信號直接映射為超表面反射系數，實現對入射波載波頻率的調制。該系統在多角度、有干擾等情形下均實現了信息的低誤碼率、高速傳輸，大大簡化了通信系統的復雜度，為新一代通信、雷達系統的發展提供了新思路。

實驗中的無限通信系統架構（b）以及在0°和30°角度上接收到的信號（c，d）