崔铁军吴浩天刘硕

1) (东南大学信息科学与工程学院,毫米波国家重点实验室,南京 210096)

2) (School of Physics and Astronomy,University of Birmingham,Birmingham B15 2TT,United Kingdom)

超材料是物理和信息领域的研究热点之一,本文主要介绍信息超材料的研究进展.不同于传统超材料的等效媒质参数表征,信息超材料由物理单元的数字编码来描述,通过控制不同的编码序列来实时地调控电磁波,进而实现超材料的现场可编程功能.由于在超材料的物理空间上构筑起数字空间,因此可在超材料的物理平台上直接处理数字信息,实现了信息系统微波射频和数字信息处理的统一.本文系统介绍数字编码超材料、现场可编程超材料及信息超材料的基本概念及其调控电磁波的能力.结合其数字表征的特点,重点介绍定量描述信息超材料信息量的信息熵、对波束进行搬移的卷积定理、以及对多个波束进行独立调控的加法定理.最后,展示了基于信息超材料的可编程全息成像、新架构微波成像和无线通信系统,实现了超材料的系统级应用.

1 引 言

电磁超材料(metamaterial,亦称超构材料、新型人工电磁媒质、特异媒质等)是将具有特定几何形状的亚波长尺度单元按照周期性或非周期性排布的人工结构,人们可通过设计单元参数和单元的排列方式来定制其等效材料及媒质属性,突破了传统材料在原子或分子层面难以调控的限制,能构造出传统材料与传统技术不能或很难实现的超常媒质参数(例如负介电常数、负磁导率、负……