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电磁超材料和超表面是物理、信息与材料领域的热点与前沿,带来了许多新奇的物理现象和突破性的应用. 信息超表面作为近些年来新兴的研究方向,通过数字编码的方式来调控电磁波,构建了由物理世界通往数字世界的桥梁. 本文首先全面总结了电磁超材料与超表面的起源与发展历程;其次重点介绍了可调超表面与可重构超表面、时空调制超表面与器件的发展现状;接着系统介绍了数字编码与可编程信息超表面的基本概念和主要应用,讨论了信息超表面存在的挑战与未来展望;最后简要对电磁超表面和信息超表面的发展趋势进行了总结. 相似文献
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可重构电磁超表面是电磁超表面领域广受关注的热点方向。将可控器件/材料引入超表面设计,可重构超表面的电磁调控性能可以实时灵活动态控制。这极大丰富了超表面的功能,有力推动了超表面由理论设计向工程应用突破。近年来该团队持续关注电磁超表面的最新发展,围绕微波频段的可重构超表面,从理论、技术与应用3个层面开展探索研究。该文首先梳理了国内外在该领域的研究历程,然后从可重构超表面对电磁波的幅度、相位和极化特性调控及其应用等方面着手,综述了该团队在该领域的研究成果,并给出对未来工作的展望。 相似文献
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针对微波信号多频段宽带吸收与屏蔽的应用需求,在无源超表面基础上,对吸波频带和幅值动态可调的智能超表面进行了简要介绍.采用HFSS电磁仿真软件对智能超表面的动态可调性能进行了仿真,并分析了其动态调控机理及吸波特性,揭示了可变电阻调控对超表面吸波性能的作用规律,提出了基于有源微波器件PIN二极管加载的智能超表面设计方案.通... 相似文献
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数字编码超表面是超材料与超表面领域的重要研究分支。通过数字编码方法替代等效媒质理论来表征超表面,不仅有效简化了超表面设计,而且建立了数字信息与超材料物理的联系。该文系统梳理数字编码超表面的发展历程,重点介绍其在可编程与智能电磁调控领域的最新研究进展。首先,详细介绍数字编码超表面的基本概念以及基于数字编码超表面的信息论研究;然后,具体介绍可编程超表面的工作原理和实现方式以及可编程超表面的不同研究方向,包括辐射式可编程超表面、多维度可编程超表面、时域数字编码超表面与新体制通信系统;接着,介绍智能超表面的最新研究进展,展示其环境感知与自适应电磁调控能力;最后,对超表面的未来发展进行讨论与展望。 相似文献
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为利用超表面实现空频域电磁波的高效调控,提出了一种基于解析优化的时空调制超表面设计方法. 根据调控需求引入理想时变散射系数;采用矩形脉冲离散时变散射系数,并根据所需电磁响应设计超表面单元结构;进行傅里叶展开,对每个脉冲的状态、起始时刻、脉冲宽度等进行解析优化,保留目标阶谐波,消去其他阶谐波. 解析和仿真结果具有较好的一致性,表明了设计方法的可行性与准确性. 该设计方法深入地研究了时空调制对空频域电磁波的调控机理,为时空调制超表面在雷达、通信等领域的应用提供了新的设计思路. 相似文献
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太赫兹是电磁波研究中的前沿热点之一,在通信、雷达、生物化学检测等方面有巨大的应用前景。人工电磁材料,特别是超表面的出现和发展,为太赫兹的高效波前控制提供了新的思路和方法。从太赫兹电磁场空间分布的角度出发,阐述了目前超表面在太赫兹波段波前调控的相关工作和方法,对比和讨论了太赫兹远场和近场波前调控的多类应用场景和调控方法,对太赫兹超表面波前调控的发展前景进行了展望,为研究太赫兹波前调控提供了新思路。 相似文献
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人工电磁超材料展现了强大的电磁波调控能力. 随着可编程超材料的提出,超材料向数字化、智能化的方向不断发展. 本文首先回顾了太赫兹可编程超材料的研究进展,重点讨论基于半导体、液晶等可调材料的太赫兹可编程超材料的设计方法、调控原理及应用. 然后,介绍了太赫兹可编程超材料在单像素成像中的应用,即利用电控和光控可编程超材料实现太赫兹光的空间编码调制,结合压缩感知等成像算法,实现太赫兹单像素成像. 最后,对太赫兹可编程超材料的发展趋势和应用前景进行了展望. 相似文献
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超常材料是具有自然材料所不具备的超常物理性质的一类人工电磁材料。由于本身具有损耗大、工作带宽窄等缺点严重限制了其应用研究,尤其是在太赫兹和光波频段。在金属微结构单元结合某种非线性材料(半导体、量子结、量子阱等)构成复合型超常材料,或者改变超常材料的外部激励(如温度、光激励、电磁场等)可以控制其整体特性,实现抵消材料损耗、调控它对电磁波的响应强度和频谱范围。本论文总结了有源超常材料在各频段的研究进展及应用。 相似文献
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Mourad Oudich Nikhil JRK Gerard Yuanchen Deng Yun Jing 《Advanced functional materials》2023,33(2):2206309
In solid state physics, a bandgap (BG) refers to a range of energies where no electronic states can exist. This concept was extended to classical waves, spawning the entire fields of photonic and phononic crystals where BGs are frequency (or wavelength) intervals where wave propagation is prohibited. For elastic waves, BGs are found in periodically alternating mechanical properties (i.e., stiffness and density). This gives birth to phononic crystals and later elastic metamaterials that have enabled unprecedented functionalities for a wide range of applications. Planar metamaterials are built for vibration shielding, while a myriad of works focus on integrating phononic crystals in microsystems for filtering, waveguiding, and dynamical strain energy confinement in optomechanical systems. Furthermore, the past decade has witnessed the rise of topological insulators, which leads to the creation of elastodynamic analogs of topological insulators for robust manipulation of mechanical waves. Meanwhile, additive manufacturing has enabled the realization of 3D architected elastic metamaterials, which extends their functionalities. This review aims to comprehensively delineate the rich physical background and the state-of-the art in elastic metamaterials and phononic crystals that possess engineered BGs for different functionalities and applications, and to provide a roadmap for future directions of these manmade materials. 相似文献
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Chiral media engineered for applications at microwave frequencies can be described as metamaterials composed of randomly oriented helices (with sizes typically less than a wavelength) embedded within an achiral background that is characterized by its permittivity and permeability. Chiral metamaterials embody properties of magnetoelectric coupling and polarization rotation. Chiral media are also highly dispersive and no effective full-wave time domain formulation has been available to simulate transient propagation through such an important class of metamaterials. A new finite-difference time-domain (FDTD) technique is introduced in this paper to model the interaction of an electromagnetic wave with isotropic dispersive chiral metamaterials, based on the implementation of a wavefield decomposition technique in conjunction with the piecewise-linear recursive convolution method. This formulation represents the first of its kind in the FDTD community. The FDTD model is validated by considering a one-dimensional example and comparing the simulations with available analytical results. Moreover, the FDTD technique is also used to investigate the propagation of electromagnetic waves through multilayered metamaterial slabs that include dispersive chiral and double-negative media. Hence, this model enables the investigation of complex dispersive metamaterials with magnetoelectric coupling and double-negative behavior as well as facilitates the exploitation of their unique properties for a variety of possible applications. 相似文献
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太赫兹波段电磁超介质的应用及研究进展 总被引:1,自引:0,他引:1
太赫兹波和电磁超介质是电磁学领域关注的热点.太赫兹波与电磁超介质相互作用可以实现对太赫兹波的操纵和调控,有望填补"太赫兹空白".介绍了太赫兹波段电磁超介质的研究进展,包括电磁超介质电磁性能可调谐的实施途径,电磁超介质在太赫兹功能器件方面的应用(调制器/开关、传感器/探测器、滤波器、偏振元件和吸波器),太赫兹波段表面等离... 相似文献
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