近日，北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院司黎明教授課題組在極化選擇超表面技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域取得進(jìn)展。課題組提出一種新型高效無串?dāng)_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(shù)之一，近年來在智能通信、信息處理與新型雷達(dá)系統(tǒng)等前沿領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而，當(dāng)前技術(shù)方案普遍面臨能量利用效率不高、通道間極化串?dāng)_嚴(yán)重等關(guān)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(shè)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(jié)構(gòu)復(fù)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(dá) 90.08%，透射模式下模態(tài) 𝑙=+2 的純度則達(dá)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(dá)97%。該超表面架構(gòu)高度集成、結(jié)構(gòu)緊湊，可實現(xiàn)雙通道渦旋波的高效復(fù)用與解復(fù)用，展現(xiàn)出全空間、無串?dāng)_、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(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。

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圖2 超表面單元物理結(jié)構(gòu)及其電磁性能

論文第一完成單位為北京理工大學(xué)，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(xué)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(xué)基金、北京市自然科學(xué)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(xué)基礎(chǔ)研究基金中白國際合作項目、高等學(xué)校學(xué)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