近日，東南大學(xué)崔鐵軍院士研究團(tuán)隊(duì)和新加坡國(guó)立大學(xué)仇成偉教授及新加坡南洋理工大學(xué)羅宇教授合作，提出、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種可對(duì)電磁功能進(jìn)行編程的光驅(qū)動(dòng)數(shù)字編碼超表面。在該光驅(qū)動(dòng)數(shù)字超表面平臺(tái)上，能夠用可見光強(qiáng)度實(shí)時(shí)調(diào)控微波的反射相位響應(yīng)，解決了以往多通道電控超表面需要大量復(fù)雜物理導(dǎo)線連接帶來(lái)的微波信號(hào)與直流信號(hào)串?dāng)_難題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了非接觸式遠(yuǎn)程可編程調(diào)控，為高度集成化的遠(yuǎn)程可編程超表面系統(tǒng)的研制奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果以An optically driven digital metasurface forprogramming electromagnetic functions為題發(fā)表在Nature Electronics上。論文通訊作者為東南大學(xué)蔣衛(wèi)祥教授、崔鐵軍教授及新加坡國(guó)立大學(xué)仇成偉教授，第一作者為東南大學(xué)博士生張信歌。

超表面是由大量亞波長(zhǎng)單元在二維平面上周期或非周期排布而構(gòu)成的人工結(jié)構(gòu)陣列，能夠?qū)﹄姶挪ㄟM(jìn)行靈活操控。由于超表面具有超薄結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的可自主設(shè)計(jì)性而受到廣大研究者青睞。特別是有數(shù)字編碼超表面，能夠在單一平臺(tái)上完成對(duì)電磁波的多功能可編程調(diào)控。在微波頻段，構(gòu)建數(shù)字編碼超表面的常用方法是在超表面單元中加載半導(dǎo)體器件（例如PIN二極管和變?nèi)莨埽欢@種方法一般需要大量導(dǎo)線、外部電源和復(fù)雜控制電路提供直流控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)超表面，且外部電源和控制器必須通過導(dǎo)線和超表面相互連接，會(huì)增加系統(tǒng)體積，也會(huì)帶來(lái)直流和微波信號(hào)間的串?dāng)_。

不同于有線的電控方式，無(wú)線的光控方式最近被提出和應(yīng)用于微波動(dòng)態(tài)超表面的調(diào)控（相關(guān)成果于2018年發(fā)表在Advanced science，DOI: 10.1002/advs.201801028和Applied physics letter，DOI: 10.1063/1.5045718）。然而，已實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)調(diào)控，大大限制了數(shù)字編碼超表面的可編程性。無(wú)線通信的快速發(fā)展和日益復(fù)雜的電磁環(huán)境對(duì)電磁器件和系統(tǒng)的多任務(wù)處理能力和集成化要求越來(lái)越高，因此設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)高度集成化、且具有強(qiáng)可編程能力的電磁器件和系統(tǒng)是一個(gè)研究熱點(diǎn)，但在微波波段構(gòu)建可編程性強(qiáng)、寬帶、且可無(wú)線遠(yuǎn)程調(diào)控的數(shù)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(gè)獨(dú)立的基于硅光電池的光傳感網(wǎng)絡(luò)集成在精心設(shè)計(jì)的基于變?nèi)莨艿某砻姹澈螅O(shè)計(jì)了一款超緊湊的寬帶光控可編程數(shù)字超表面平臺(tái)。設(shè)計(jì)的光傳感網(wǎng)絡(luò)能夠接收不同強(qiáng)度的可見光，然后產(chǎn)生不同的偏置電壓，進(jìn)而調(diào)控寬帶超表面的微波反射相位。通過接收不同的光照?qǐng)D案，在該光控可編程數(shù)字平臺(tái)口徑上能實(shí)時(shí)產(chǎn)生不同的相位分布，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)種類不同的電磁功能。另外，此類光驅(qū)動(dòng)可編程數(shù)字平臺(tái)作為一種電子橋梁連接了光輸入和微波輸出，且驗(yàn)證了可以用標(biāo)量光強(qiáng)度控制矢量微波的可行性，有望為未來(lái)發(fā)展先進(jìn)光電混合器件和可見光與微波融合通信系統(tǒng)等提供新的技術(shù)方案。