新兴的可重构超表面为通过编程操纵空间、频谱和时间域的电磁波提供了各种可能性，展示了增强太赫兹应用的巨大潜力。然而，由于时间密集的正向设计方法的设计限制，它们受到有限的可调性的阻碍，特别是在270°以上的相对较小的相位调谐中。
近日，南京大学Kebin Fan、Biaobing Jin团队提出一个多比特可编程的超表面被证明能够通过一种先进的物理信息逆设计(PIID)方法来实现太赫兹光束导向。通过将修正的耦合模态理论(MCMT)集成到残差神经网络中，PIID算法不仅比传统神经网络显著提高了设计精度，而且阐明了几何形状与模态之间复杂的物理关系。在不降低反射强度的情况下，实现了最大300°的增强相位调谐。此外，反向设计的可编程波束转向超表面经过实验验证，可适应1位、2位和三态编码方案，可产生高达68°的偏转角，并扩大了转向覆盖范围。该演示为快速探索先进的超表面器件提供了一条有希望的途径，对通信和成像技术具有潜在的巨大影响。研究成果以题为“Physics-Informed Inverse Design of Programmable Metasurfaces”发表于《Advanced Science》上。
图1：多比特可编程波束导向超表面(PBSM)的图示。
图2：根据所提出的MCMT理论分析了基板支撑的超表面。
图3：逆向设计可编程超表面。
图4：反设计太赫兹PBSM的演示。
图5：制造PBSM的光束导向测量。
文章信息：
https://doi.org/10.1002/advs.202406878
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