近日，東南大學崔鐵軍院士研究團隊和新加坡國立大學仇成偉教授及新加坡南洋理工大學羅宇教授合作，提出、設計并實現了一種可對電磁功能進行編程的光驅動數字編碼超表面。在該光驅動數字超表面平臺上，能夠用可見光強度實時調控微波的反射相位響應，解決了以往多通道電控超表面需要大量復雜物理導線連接帶來的微波信號與直流信號串擾難題，同時實現了非接觸式遠程可編程調控，為高度集成化的遠程可編程超表面系統的研制奠定了基礎。相關研究成果以An optically driven digital metasurface forprogramming electromagnetic functions為題發表在Nature Electronics上。論文通訊作者為東南大學蔣衛祥教授、崔鐵軍教授及新加坡國立大學仇成偉教授，第一作者為東南大學博士生張信歌。

超表面是由大量亞波長單元在二維平面上周期或非周期排布而構成的人工結構陣列，能夠對電磁波進行靈活操控。由于超表面具有超薄結構和較強的可自主設計性而受到廣大研究者青睞。特別是有數字編碼超表面，能夠在單一平臺上完成對電磁波的多功能可編程調控。在微波頻段，構建數字編碼超表面的常用方法是在超表面單元中加載半導體器件（例如PIN二極管和變容管），然而這種方法一般需要大量導線、外部電源和復雜控制電路提供直流控制信號來驅動超表面，且外部電源和控制器必須通過導線和超表面相互連接，會增加系統體積，也會帶來直流和微波信號間的串擾。

不同于有線的電控方式，無線的光控方式最近被提出和應用于微波動態超表面的調控（相關成果于2018年發表在Advanced science，DOI: 10.1002/advs.201801028和Applied physics letter，DOI: 10.1063/1.5045718）。然而，已實現的微波段光控超表面是窄帶的，且只能整體或者在一維方向上實現調控，大大限制了數字編碼超表面的可編程性。無線通信的快速發展和日益復雜的電磁環境對電磁器件和系統的多任務處理能力和集成化要求越來越高，因此設計和實現高度集成化、且具有強可編程能力的電磁器件和系統是一個研究熱點，但在微波波段構建可編程性強、寬帶、且可無線遠程調控的數字編碼超表面依存在一定困難。

為了克服上述困難，該工作通過將多個獨立的基于硅光電池的光傳感網絡集成在精心設計的基于變容管的超表面背后，設計了一款超緊湊的寬帶光控可編程數字超表面平臺。設計的光傳感網絡能夠接收不同強度的可見光，然后產生不同的偏置電壓，進而調控寬帶超表面的微波反射相位。通過接收不同的光照圖案，在該光控可編程數字平臺口徑上能實時產生不同的相位分布，進而實現種類不同的電磁功能。另外，此類光驅動可編程數字平臺作為一種電子橋梁連接了光輸入和微波輸出，且驗證了可以用標量光強度控制矢量微波的可行性，有望為未來發展先進光電混合器件和可見光與微波融合通信系統等提供新的技術方案。