Tunable microwave metasurfaces for high-performance operations: dispersion compensation and dynamical switch.
Tunable microwave metasurfaces for high-performance operations: dispersion compensation and dynamical switch.
复制标题
用于高性能操作的可调谐微波超表面：色散补偿和动态开关
DOI：
10.1038/srep38255
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发表时间：
2016-11-30
影响因子：
4.6
通讯作者：
Zhou L
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xu HX;Tang S;Ma S;Luo W;Cai T;Sun S;He Q;Zhou L
控制亚表面上的位相分布可以产生诸如反常的光折射/反射、平透镜聚焦和光学涡旋的产生等迷人的效果。然而，到目前为止实现的亚表面很大程度上依赖于被动共振亚原子，这些原子的本征色散限制了这种无源器件在目标频率以外的频率上的性能。在此，我们基于含有变容二极管的可调谐金属原子，建立了一种解决微波亚表面问题的方案，其中每个金属原子的色散响应由施加在二极管上的外部电压精确控制。利用我们的方案，我们通过实验演示了两种效果。首先，我们证明了不可梯度介面在较宽的频带内表现出单模高效工作，而无源介面只在一个频率下工作，而在其他频率上表现出恶化的性能。其次，我们演示了我们的超表面的功能可以动态地从镜面反射器切换到表面波转换器。我们的方法为实现色散校正和可切换的电磁波操作铺平了道路。
Controlling the phase distributions on metasurfaces leads to fascinating effects such as anomalous light refraction/reflection, flat-lens focusing, and optics-vortex generation. However, metasurfaces realized so far largely reply onpassive resonantmeta-atoms, whoseintrinsic dispersionslimit suchpassivemeta-devices’ performances at frequencies other than the target one. Here, based ontunablemeta-atoms with varactor diodes involved, we establish a scheme to resolve these issues for microwave metasurfaces, in which the dispersive response of each meta-atom is precisely controlled by an external voltage imparted on the diode. We experimentally demonstrate two effects utilizing our scheme. First, we show that atunablegradient metasurface exhibitssingle-mode high-efficiencyoperation within a wide frequency band, while its passive counterpart only works at a single frequency but exhibits deteriorated performances at other frequencies. Second, we demonstrate that the functionality of our metasurface can be dynamically switched from a specular reflector to a surface-wave convertor. Our approach paves the road to achieve dispersion-corrected and switchable manipulations of electromagnetic waves.
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