传统电磁超表面通常只能对幅度或相位等单一电磁参量进行离散调控，而对高阶庞加莱球矢量所需的幅相精确调控仍面临重大挑战。针对这一难题，课题组提出了一种融合时空编码技术的智能有源超表面方案，可在谐波域实现幅度与相位的近似连续调控。从而实现了在无需改变物理结构或输入激励的情况下，动态生成并灵活调控高阶庞加莱球波前。课题组设计并研制了双极化时空编码高阶庞加莱球矢量调控超表面原型样机，实验结果表明，该超表面生成的任意极化波前（HOPS₀,₀）全息成像图像相关系数超过 70.63%，极化纯度高于 91.28%。同时，所产生的矢量涡旋波束（HOPS₁,₃ 和 HOPS₋₁,₃）对应的右旋涡旋模式纯度分别达到 96.03% 和 93.30%，左旋涡旋模式纯度分别为 95.75% 和 91.25%。该方法可拓展延伸至太赫兹、红外和光学频段，并在结构光生成、涡旋波复用通信、雷达与传感系统等领域展现出广阔的应用前景，有望推动相关技术的创新与发展。
图1 高阶庞加莱球矢量智能调控系统示意图
图2 微波频段高阶庞加莱球矢量调控超表面原型样机
图3 高阶庞加莱矢量调控超表面测试结果
该论文第一完成单位为北京理工大学，第一作者为博士研究生吴根昊，通讯作者为司黎明教授。博士生董琳和汤鹏程为论文的共同作者。此项工作得到了国家重点研发计划（2022YFF0604801）、国家自然科学基金（62271056、62171186、62201037）、国家市场监督管理总局技术创新中心红外遥感定标与计量技术专项（AKYKF2423）、北京市自然科学基金-海淀原始创新联合基金（L222042）、毫米波国家重点实验室开放课题（K202326）、高等学校学科科研创新引智计划项目（B14010）等的支持。
文章信息：
Genhao Wu, Liming Si*, Lin Dong, Pengcheng Tang, "Dynamic manipulation of high-order Poincaré sphere polarization states via a transmissive space-time-coding metasurface," Photonics Research, Vol. 13, pp: 565657, 2025.
文章链接：
http://dx.doi.org/10.1364/PRJ.565657
作者简介
第一作者：吴根昊，北京理工大学集成电路与电子学院在读博士研究生，导师为司黎明教授。主要研究方向为智能超表面、全息成像、太赫兹技术与应用。在Photonics Research, Optics Express等期刊和国际会议发表多篇学术论文。
通讯作者：司黎明，北京理工大学长聘教授、博士生导师、工程硕博士学位评定分委会委员、集成电路与电子学院副院长、IEEE高级会员、中国电子学会高级会员、中国通信学会高级会员。从事电磁场与微波技术的教学和研究工作，涉及智能电磁控制、天线理论与技术、太赫兹技术与应用和雷达仿真与目标识别领域。主讲本科生课程《电磁场与电磁波》和研究生课程《太赫兹技术与应用》。主持国家自然科学基金、北京市自然科学基金、河北省自然科学基金、973、863、173、民用航天等科研项目30余项。在国内外学术刊物和国际学术会议发表论文160余篇，授权国家发明专利十余项，受邀作大会报告十余次。担任多个国际SCI学术期刊编委和专刊客座编辑。现为中国计量测试学会电子计量专业委员会副主任委员、中国超材料学会理事、全国人工智能计量协同创新生态伙伴联盟理事会理事、智能超表面技术联盟理事、国家自然科学基金评审专家、教育部学科评议组成员、北京市科委科技专家，以及多个期刊审稿专家。担任IEEE MTT-S国际微波研讨会系列（IEEE IMWS-AMP）、电磁学进展研究研讨会（PIERS）、国际微波与毫米波技术会议（ICMMT）、射频电子测量国际会议（CRFM）、中国微波周、全国天线年会、全国超材料大会（CMMC）、世界光子大会太赫兹技术及应用专题（WPC）等多个学术大会学术委员会委员、程序委员会委员或分会主席。荣获北京高校优质本科教材课件、北京理工大学教学名师、“我爱我师”最受学生喜爱的教师、微波信息优秀教师奖、迪文优秀教师奖、教书育人类表彰等。
撰稿|课题组
