胡 琪 陈 克 郑依琳 徐之源 王 健 赵俊明 冯一军

(南京大学电子科学与工程学院 南京 210023)

1 引言

作为电磁超构材料的二维形式，电磁超构表面由亚波长尺寸的单元在平面内以周期性或非周期的方式排布而成。与超构材料相比，超构表面的体积和重量均大幅缩减，且同时具备低剖面、低损耗和低成本等优点。利用超构表面可实现对电磁波幅度、相位和极化等基本特性的灵活调控，因此许多奇异的物理现象和多功能器件应运而生，例如异常折射/反射[1]、波束赋形[2]和超透镜[3]等。在超构表面结构中集成如开关二极管、变容管和石墨烯等有源器件，并通过外部电路控制有源器件的工作状态，可实时调控超构表面的电磁响应，进而实现对电磁波的可重构聚焦[4]、波束调控[5,6]和极化转化[7,8]。这类超构表面通常称为有源编码超构表面[9]。与无源超构表面相比，有源超构表面可利用其动态电磁响应特性和时分复用技术实现更灵活的电磁波调控，因此在实际应用中具有更好的应用前景。

电磁波的非线性调制广泛应用于光存储、通信等领域。目前，微波波段和光波段均可实现对电磁波的非线性调制，例如，借助高非线性介质的等离子激元超构表面可以调控电磁波二次谐波的波前[10]。最近，研究学者在空间编码超构表面的基础上提出的时-空间编码超构表面，可根据预先设计的编码序列周期性地切换有源器件的工作状态。基于傅里叶变换原理，该周期性的调制信号将引入新的谐波频率分量，因此，通过这一新增时间维度，可同时非线性地调控电磁波基波和谐波的波前[11–13]。……