Opto-Electronic Advances
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空军工程大学人工结构功能材料研究团队及其合作者，提出了一种完全基矢可重编程编码超表面动态全息器件，其中入射电磁波的正交圆极化分量作为完全基矢用于动态全息，并可在任意极化入射的电磁波下进行图像调制和检测。凭借响应快速，简单集成，实用性高等优势，在超高容量信息存储、动态全息显示和检测、以及多功能电磁信息处理等方面具有巨大的应用潜力。
第一作者：楚遵天，蔡鑫奇
通信作者：朱瑞超，刘同豪，王甲富
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研究背景
数字编码和可重编程编码超表面利用二进制编码形式来量化物理参量(如振幅，相位，以及极化等)，与具有参量连续变化的超表面相比，在简化电磁波设计的同时，为实时复杂电磁操作奠定良好基础。其中，在大量的通过可重编程编码超表面进行波前整形操作的研究中，最引人注目的应用无疑是可重编程超全息图，即按需记录，存储以及再现目标图像，满足了光电系统小型化、集成化、以及可调化的迫切需求，在从信息加密以及智能检测等领域均具有巨大的应用潜力。使用具有双折射特性的可编程编码超表面可以很容易在正交线极化基下实现多个物理参量的独立调控，实现不同模式下的高质量动态成像和检测，但是双折射可编程编码超表面所需有源组件往往较多，且传输带宽较窄，不利用加工成品的实际应用。具有高衍射效率和宽工作带宽的自旋可编程编码超表面，可以通过施加外部激励，在正交圆极化基下重构电磁特性，为进一步实现可加密、高便捷、和大容量的简易微波波段动态全息调制，显示以及检测提供了全新思路。
本文亮点
近日，空军工程大学人工结构功能材料研究团队及其合作者，提出了一种完全基矢可重编程编码超表面动态全息器件，其中入射电磁波的正交圆极化分量作为完全基矢用于动态全息。根据电磁场的矢量合成与分解理论，任意极化态入射的电磁波均可等效为这组完全基矢的线性和。在这项研究中，他们通过使用嵌入双开关二极管的伞状结构超单元，基于可编程门阵列控制下的不同电压，实现具有相同振幅的正交圆极化波同极化反射相位的独立动态调节。相应地，以该完备正交基矢进行联合编码与调制，结合迭代优化算法计算出的序列，可以生成任意极化波下的目标全息图案。他们分别通过仿真和实验验证了具有相同或可变焦距的自旋选择全息图，共面双极化像素同步合成全息图，以及庞加莱球上的任意极化态的全息图定制及其极化态检测系统，演示了该动态全息图强大的自旋-空间-寻址复用能力和高鲁棒性，且整个器件结构紧凑，带宽较宽，拓展性高。
图1 基于完全基矢可编程编码超表面的动态全息工作示意图
该完全基矢可重编程编码超表面以电压可控有源器件为主，响应快速，简单集成，实用性高，可以进一步复合信号调制和解调组件等实现真实图像的传输中继，在超高容量信息存储、动态全息显示和检测，以及多功能电磁信息处理等方面具有巨大的应用潜力。
该工作以“Complete-Basis-Reprogrammable Coding Metasurface for Generating Dynamically-Controlled Holograms under Arbitrary Polarization States”为题发表在Opto-Electronic Advances （OEA，光电进展）2024年第9期。
研究团队简介
空军工程大学人工结构功能材料研究团队为陕西省重大基础研究创新团队、陕西省高校青年创新团队、空军工程大学学科高地/高端平台建设团队、军队2110/双重建设团队，是一支面向军队国防建设需要，以解决新型人工结构功能材料设计、制备及应用开发等关键问题为核心研究方向和特色研究方向的科技创新团队。团队在Nature Communications、Advanced Science、Laser&Photonics Reviews等发表SCI论文400余篇，引用10000余次，出版国内首部超材料隐身技术专著，授权国家发明专利33项，荣获教育部自然科学奖一/二等奖各1项、陕西省自然科学二等奖1项、陕西省自然科学优秀学术论文奖3项；培养研究生获全国优秀博士学位论文1篇、提名1篇。近年来，团队承担的国家、军队以及省部级各类科研项目涵盖人工结构功能材料及其应用的多个研究方向，取得了一系列研究成果。
团队成员合影
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Opto-Electronic Advances (OEA，光电进展) 是一本同行评议的英文学术月刊，创刊于2018年3月，已被SCI、EI、Scopus、DOAJ、CA和ICI等数据库收录，影响因子15.3，位于JCR Q1区，中科院一区。由中国科学院主管，中国科学院光电技术研究所主办并出版，面向全球发行。OEA主要报道光电领域的前沿创新科研成果。期刊栏目包括原创论文、综述和快讯等，欢迎投稿！
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编辑 | 曾晚婷 张诗杰
审核 | 杨淇名
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