近日，北京理工大學集成電路與電子學院司黎明教授課題組在極化選擇超表面技術應用領域取得進展。課題組提出一種新型高效無串擾極化選擇超表面，可實現(xiàn)近100%效率的全空間電磁波波前調(diào)控。該成果以“Crosstalk-Free Spin-Selective Metasurface for Full-Space Wavefront Manipulation with Nearly 100% Efficiency”為題，發(fā)表在國際知名期刊《Advanced Optical Materials》上。

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圖1.高效率全空間極化選擇超表面功能示意圖

極化選擇超表面作為實現(xiàn)多功能、高精度電磁波調(diào)控的核心技術之一，近年來在智能通信、信息處理與新型雷達系統(tǒng)等前沿領域受到廣泛關注。然而，當前技術方案普遍面臨能量利用效率不高、通道間極化串擾嚴重等關鍵瓶頸，極大限制了其實用化和系統(tǒng)集成能力。為解決這一難題，司黎明教授課題組成功設計并實現(xiàn)了一種工作于X波段的新型高效率全空間極化選擇超表面。該超表面通過引入幾何相位與傳播相位協(xié)同調(diào)控機制，突破傳統(tǒng)多層堆疊與結構復雜限制，顯著提升了系統(tǒng)整體性能。實驗證明，該超表面不僅能夠在反射與透射模式下分別實現(xiàn)不同的軌道角動量調(diào)控（OAM）——反射模式下模態(tài) 𝑙=+1 的純度高達 90.08%，透射模式下模態(tài) 𝑙=+2 的純度則達到 95.51%，還實現(xiàn)了近100%的超高效率全空間調(diào)控能力，實測效率高達97%。該超表面架構高度集成、結構緊湊，可實現(xiàn)雙通道渦旋波的高效復用與解復用，展現(xiàn)出全空間、無串擾、高效率的電磁波波前控制能力。有望在高容量通信系統(tǒng)中展現(xiàn)顯著優(yōu)勢，并在無人機、自動駕駛及電磁空間信息傳輸?shù)惹把仡I域擁有廣闊的應用前景。

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圖2 超表面單元物理結構及其電磁性能

論文第一完成單位為北京理工大學，第一作者為司黎明教授。沈琦濤博士生、董琳博士生、張航碩士、黨晨陽博士生、鮑秀娥副教授，以及上海交通大學朱衛(wèi)仁長聘副教授等為論文共同作者。此項工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金-海淀原始創(chuàng)新聯(lián)合基金、毫米波國家重點實驗室開放課題、航天九院科技重點實驗室開放基金 、北京理工大學基礎研究基金中白國際合作項目、高等學校學科科研創(chuàng)新引智計劃項目等的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adom.202501041