宽带的三功能超表面及其在透镜天线中的应用

       由于其独特的电磁 (EM) 特性，超材料为科学界开创了一个新时代，这些特性在自然界中通常是不存在的。这些材料已被广泛用于操纵电磁波波，产生了许多令人兴奋的现象和新奇的设备，例如负折射率、梯度折射率和隐形斗篷。超表面 (MSs) 是一种二维(2D)超材料，由于其电学厚度可忽略不计，因此减小了超材料的体积并降低了损耗，目前已经提出了许多基于MSs的应用，例如透镜天线、偏振转换器、涡流发生器和无色差设备。因为设备的小型化和集成化要求，多功能的MSs备受关注。一种简单的方案是将不同功能的MSs直接合并到一个设备中。然而，这种方法导致体积更大的设备和不同功能之间的干扰。可重构和有源MSs可以实现多种功能，但通常需要复杂的设计和额外的控制系统。实现多功能能力的另一种策略是设计具有偏振相关相位响应的MSs，然而，这类设备仅能实现两个功能，因为极化自由度为两个。

       多功能超表面由于能够在平面设备中实现多样化的波前控制而受到广泛关注。迄今为止，大多数通过超表面的设计仅限于实现一两个功能。近日，来自南京大学的Rui-Xin Wu研究小组通过使用相同类型的不同结构单元实现了宽带的三功能超表面。结构单元可以在很宽的频率范围内独立操纵透射波的振幅和相位以及反射波的相位。因此，根据入射波的偏振和方向可以实现光束偏转、漫散射和光束聚焦的功能。超表面应用于超透镜天线，具有宽带、低旁瓣和隐身的特性。超透镜天线的工作频率范围为 9.8 GHz 至 11.6 GHz，增益超过 25dBi。实验验证了三功能超表面的功能，并且与设计非常吻合。这种方法为基于超构材料的具有多种功能高效宽带设备提供了一个可靠的平台。相关研究发表在杂志《Optics Express》上。（刘乐）

       文章链接：https://doi.org/10.1364/OE.431316