【儀表網 研發(fā)快訊】近日，電信學院張狂教授團隊提出近零損耗的電磁波任意極化態(tài)轉換概念，為實現(xiàn)高效率、緊湊型的任意極化轉換器件及系統(tǒng)提供全新范式。相關成果以《非正交超構表面實現(xiàn)逼近于效率極限的任意極化轉換》(Reaching the efficiency limit of arbitrary polarization transformation with nonorthogonal metasurfaces)為題發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)上。該研究成果創(chuàng)新性地闡明并驗證了非正交本征模態(tài)在極化轉換及波前調節(jié)中的作用，為高效率極化信道擴容提供理論途徑，有望應用于未來無線通信極化復用及信息加密技術當中。
傳統(tǒng)波片、偏振片等器件對電磁波極化態(tài)的調控均依賴于其自身的雙折射特性(正交本征模態(tài))，僅局限于對線、圓極化電磁波實現(xiàn)轉換作用。隨著電子信息技術的快速發(fā)展，定制化的橢圓極化轉換在偏振成像、信息加密與存儲、智能虛擬現(xiàn)實等應用中將發(fā)揮重要作用。然而，傳統(tǒng)橢圓極化轉換大多通過多波片級聯(lián)的光路系統(tǒng)實現(xiàn)，設計復雜、體積龐大。電磁超構表面為橢圓極化波的調節(jié)提供了可行途徑，但受限于物理結構，其對任意橢圓態(tài)的極化轉換效率始終無法突破(現(xiàn)報道相關成果小于30%)，在實際應用中仍面臨挑戰(zhàn)。
針對這一問題，團隊提出非正交超構表面的物理概念，通過建立非正交本征模態(tài)與極化轉換效率間的解析模型，從理論上證明了打破本征模態(tài)的正交性是實現(xiàn)任意極化態(tài)無耗轉換的必要前提。實驗結果表明，非正交超構表面能夠在寬帶8GHz-12GHz、45°大角度斜入射條件下實現(xiàn)近零損耗(大于90%)的任意極化轉換與傳輸，并且為極化通道的靈活選通與抑制提供全新的自由度。
哈工大為論文第一通訊單位。電信學院張狂教授、法國巴黎第十大學納瓦茲(Shah Nawaz Burokur)教授、科羅拉多礦業(yè)大學帕特萊斯(Patrice Genevet)教授為論文共同通訊作者。電信學院袁樂眙老師為論文第一作者，吳群教授參與相關研究工作。
該研究獲國家自然科學基金聯(lián)合基金項目、中國科協(xié)青年人才托舉工程、哈工大青年科學家工作室等項目資助。(梁英爽 袁樂眙 文/圖)
圖A 非正交本征模態(tài)的工作原理示意圖；圖B 正交及非正交超構表面實現(xiàn)有耗及無耗任意極化轉換過程；圖C 非正交超構表面實物圖；圖D 任意極化轉換效率的部分實測結果
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