空频域梯度超材料对电磁波的灵活连续调控
电磁超材料是将具有特定几何形状的基本单元周期/非周期性地排列而构成的新型人工结构。过去20年超材料发展迅速，产生了很多有趣的物理现象（例如负反射、负折射和电磁隐身等），也被用于设计新型电磁器件（例如新型天线、天线罩、超材料透镜、全息超材料等）和系统（例如基于数字编码的可编程超材料等）。通过调制亚波长单元结构及其空间分布，超材料在控制电磁波传播方面具有极大的灵活性，具有表面梯度相位分布的超材料在实现如涡旋波、反常折射等功能中起着关键作用。然而，现有的超材料理论仅关注于超表面相位在空间的分布特点，而很少研究其频域特性。
近日，东南大学崔铁军教授团队（第一作者为博士研究生吴浩天）提出空频域梯度超材料的概念，在空间梯度超材料的基础上将频率梯度引入超材料，以增加新的自由度。其中，空间梯度是超材料在指初始频率处的梯度相位，而频率梯度是指超材料相位梯度随频率的变化率，两者的结合可形成随频率变化的均匀梯度相位，从而实现对电磁波更灵活、更广域的调控。在该工作中，作者提出空频域梯度超材料的工作原理，提供了一维、二维空频域梯度超材料的设计流程，并分析了空频域梯度超材料的三种典型应用：电磁波束在二维空间连续灵活扫描、涡旋模式的连续变换、以及时域电磁波照射下的雷达散射截面缩减。空频梯度超材料所实现的这些功能有望应用于波束扫描天线、雷达成像以及涡旋波通信等领域。
相关文章在线发表于Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201801086)。
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