北理工课题组突破时空编码涡旋波超表面智能电磁控制

北京理工大学司黎明教授团队在《Photonics Research》期刊发表最新研究成果，实现了基于时空编码涡旋波超表面的智能电磁控制突破。该团队研发的新型技术，无需改变超表面结构或输入激励，即可动态、智能地控制复用涡旋波的轨道角动量模式组成及功率分配，在微波频段原型样机实验中，OAM模式纯度超过93%，并成功生成多种定制功率比的复用涡旋波束。该技术具有广阔的应用前景，有望推动多模态复用通信、雷达和传感等领域的技术进步。

北京理工大学司黎明教授团队在时空编码涡旋波超表面智能电磁控制领域取得突破性进展。该团队研发了一种新型时空编码涡旋波超表面技术，可动态、智能地控制复用涡旋波的轨道角动量（OAM）模式组成及功率分配，如图1所示。相关研究成果已发表于国际知名期刊《Photonics Research》。

图1 复用涡旋波智能电磁控制系统示意图

现有可编程超表面技术通常仅能对单一电磁参数进行离散控制，难以动态生成具有任意定制模式和功率分配的复用涡旋波。为此，该团队创新性地提出了一种智能电磁控制方法，无需改变超表面物理结构或输入激励，即可动态调节复用涡旋波束的OAM模式组成和功率分配。

图2 微波频段复用涡旋波超表面原型样机

研究团队在微波频段成功搭建了时空编码涡旋波超表面原型样机（图2），实验结果表明，该超表面生成的OAM模式（+1/+2/+3模式）涡旋波束，模式纯度均超过93%。此外，该超表面还实现了多种定制功率比的复用涡旋波束生成，例如功率比为1:1:1的(+1, +2, +3)模式、功率比为1:2:3的(+1, +2, +3)模式，以及功率比为1:2:2:1的(-2, -1, +1, +2)模式，充分验证了该超表面的优异性能（图3-5）。

图3 复用涡旋波生成时空编码序列

图4 涡旋波束实验结果图

图5 复用涡旋波束模式纯度理论与实验结果对比图

该技术有望拓展至太赫兹、红外和光学频段，并在多模态复用通信、雷达和传感等领域展现巨大应用潜力，推动相关技术进步。

论文信息：Tang, P., Si, L., Yuan, Q., Tian, J., Deng, J., Ma, T., Bao, X., He, C., & Zhu, W. (2025). Dynamic generation of multiplexed vortex beams by a space-time-coding metasurface. Photonics Research, 13(1), 225-234.

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