传统的电磁超材料和超表面都是基于连续变化的媒质参数,很难实时地操控电磁波。2014年,崔铁军教授课题组在国际上首次提出“数字编码与可编程超材料”,提出用二进制数字编码来表征超材料的思想,通过改变数字编码单元“0”和“1”的空间排布来控制电磁波。然而,之前关于数字编码与可编程超材料的研究工作仅在空间域进行编码。在本次研究成果中,崔铁军教授等人首次提出了“时空编码数字超表面”,特殊设计的可编程超表面在时间域上按照相应的时间编码序列快速切换,可以在频率域产生谐波能量分布。同时结合空间域的编码排布,一款时空联合编码的数字超表面可以在空间域和频率域同时调控电磁波。在该工作中,作者利用优化算法,设计相应的时空三维编码矩阵,超表面将入射波能量分散到空间任意方向和任意谐波频谱上,这一特性很好地缩减了雷达散射截面(RCS),未来有望应用于新型的计算成像系统。更重要的是,引入时间维度的编码之后,可以扩展传统的空间编码比特数,降低了实现高比特可编程超表面的系统复杂度。例如,一款2比特的可编程超表面,只要设计相应的时空编码矩阵,就可以在中心频率和谐波频率实现等效的360度相位覆盖,这是传统可编程超表面无法实现的,可用于实现波束塑形等一系列实用功能。
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