【儀表網 研發快訊】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轉換概念，為實現高效率、緊湊型的任意極化轉換器件及系統提供全新范式。相關成果以《非正交超構表面實現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)為題發表在《自然通訊》(Nature Communications)上。該研究成果創新性地闡明并驗證了非正交本征模態在極化轉換及波前調節中的作用，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。
傳統波片、偏振片等器件對電磁波極化態的調控均依賴于其自身的雙折射特性(正交本征模態)，僅局限于對線、圓極化電磁波實現轉換作用。隨著電子信息技術的快速發展，定制化的橢圓極化轉換在偏振成像、信息加密與存儲、智能虛擬現實等應用中將發揮重要作用。然而，傳統橢圓極化轉換大多通過多波片級聯的光路系統實現，設計復雜、體積龐大。電磁超構表面為橢圓極化波的調節提供了可行途徑，但受限于物理結構，其對任意橢圓態的極化轉換效率始終無法突破(現報道相關成果小于30%)，在實際應用中仍面臨挑戰。
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的正交性是實現任意極化態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合基金項目、中國科協青年人才托舉工程、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 非正交本征模態的工作原理示意圖；圖B 正交及非正交超構表面實現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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