白天硕 1,2,3王莞竹 1,2,3张龙飞 1,2,4张璇如 1,2,3,4,*崔铁军 1,2,3,4,*
作者单位
摘要
1 东南大学 毫米波国家重点实验室,南京 210096
2 东南大学 电磁空间科学与技术研究院,南京 210096
3 东南大学 信息科学与工程学院,南京 210096
4 东南大学 微电子学院,南京 210096
人工局域表面等离激元是一种基于表面等离激元超材料的电磁谐振模式,在微波、毫米波和太赫兹频段可实现深亚波长场束缚、高品质因子、高介电灵敏度等优异传感特性,并且与平面印刷电路工艺兼容,易于和信号检测电路、无线通信电路集成,因此在小型化便携式的物联传感领域展现出广阔的应用前景。本文重点介绍人工局域表面等离激元传感的新原理、相关技术及典型应用。在传感新原理方面,讨论了新型人工局域表面等离激元的谐振结构、电磁模式、以及涡旋波传感原理;在传感指标提升技术方面,探讨了模式间耦合和有源放大两种传感增强方法;在应用探索方面,回顾了人工局域表面等离激元在溶液浓度传感、细胞传感和力学量传感等方向的代表性工作,介绍了小型化人工局域表面等离激元传感系统的最新进展。最后,对人工局域表面等离激元传感的发展趋势进行了讨论和展望。
电磁谐振 人工局域表面等离激元 传感增强 传感灵敏度 传感系统 Electromagnetic resonances Spoof localized surface plasmons Sensing enhancements Sensing sensitivity Sensing systems 
光子学报
2023, 52(10): 1052401
Zhen Jie Qi 1Jun Yan Dai 1,2,3,*Si Ran Wang 1Qun Yan Zhou 1[ ... ]Tie Jun Cui 1,2,3,****
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Millimeter Waves, Southeast University, Nanjing 210096, China
2 Institute of Electromagnetic Space, Southeast University, Nanjing 210096, China
3 Frontiers Science Center for Mobile Information Communication and Security, Southeast University, Nanjing 210096, China
4 National Mobile Communications Research Laboratory, Southeast University, Nanjing 210096, China
5 National Key Laboratory of Electromagnetic Information Control and Effects, Shenyang 110035, China
6 Key Laboratory of High-Speed Circuit Design and EMC of Ministry of Education, Xidian University, Xi’an 710071, China
Simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) architecture is commonly applied in wireless sensors or Internet of Things (IoT) devices, providing both wireless power sources and communication channels. However, the traditional SWIPT transmitter usually suffers from cross-talk distortion caused by the high peak-to-average power ratio of the input signal and the reduction of power amplifier efficiency. This paper proposes a SWIPT transmitting architecture based on an asynchronous space-time-coding digital metasurface (ASTCM). High-efficiency simultaneous transfer of information and power is achieved via energy distribution and information processing of the wireless monophonic signal reflected from the metasurface. We demonstrate the feasibility of the proposed method through theoretical derivations and experimental verification, which is therefore believed to have great potential in wireless communications and the IoT devices.
simultaneous wireless information and power transfer asynchronous space-time-coding digital metasurface quadrature phase-shift keying modulation 
Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 080005
作者单位
摘要
1 东南大学 信息科学与工程学院 毫米波国家重点实验室,江苏 南京 210096
2 东南大学 信息科学与工程学院 移动通信国家重点实验室,江苏 南京 210096
信息超表面由于其强大的处理空间电磁波的能力,成为国内外物理和信息领域的研究热点之一。文中主要介绍信息超表面在无线通信领域的一系列研究进展。信息超表面能实时操控电磁波及直接处理数字编码信息,并进一步对信息进行感知、理解,甚至记忆、学习和认知,这使其在无线通信领域展现出巨大潜能。文中首先介绍信息超表面在承担无线中继职能时所涉及的信道建模研究进展、以及其对信道的改善作用;其次介绍信息超表面在新体制发射机中的应用,通过对入射到信息超表面上的载波进行幅度或相位调制,实现了多种简化的发射机架构。此外,文中还介绍了利用信息超表面近场、远场以及散射场等信息,实现了多种新型无线通信系统。最后,文章对基于信息超表面的无线通信进行了总结和展望。
超材料 信息超表面 无线通信 metamaterial information metasurfaces wireless communications 
红外与激光工程
2022, 51(1): 20210797
刘硕 1张霜 3,*崔铁军 2,*
作者单位
摘要
1 英国伯明翰大学 天文与物理学院,伯明翰 英国,B152TT
2 东南大学 毫米波国家重点实验室,江苏 南京,210096
3 香港大学 物理系,中国 香港,999077
在过去的十年里,材料的拓扑相变以及它们的奇异物理现象在固态电子学领域掀起了研究热潮。近些年来,人们开始在其他系统中重现和模拟电子体系中的各种拓扑现象,包括冷原子气体、离子阱、光子学、声子学、机械波和电路体系。在这些体系平台中,由电感电容所组成的拓扑电路因具有高度灵活的设计自由度、高性价比、易加工和易集成的独特优势而备受关注。除此之外,在拓扑电路中可以方便地设计具有任意长程耦合、非线性、非互易、增益等效应的拓扑模型,从而实现很多在电子体系和光学体系中难以实现的非线性、非阿贝尔和非厄米的拓扑相变材料。本文作为拓扑电路领域的第一篇综述,系统性地回顾了过去六年拓扑电路领域的主要进展,重点关注其理论建模、电路设计与实验测量,并对拓扑电路与电子和光学体系中的拓扑绝缘体着重进行讨论和区别。本综述涵盖了多种不同类型的拓扑电路,包括含有非平庸边界态、高阶拓扑角模式以及外尔粒子的厄米拓扑电路,拥有拓扑节线和节点态的高维拓扑电路,具有趋肤效应和由增益/衰减导致的非厄米拓扑电路,自感应拓扑边界态的非线性拓扑电路,以及具有非阿贝尔规范场效应的拓扑电路。
拓扑绝缘体 拓扑半金属 电路 边界态 体-边对应关系 topological insulator topological semimetal electrical circuit edge stage bulk-edge correspondence 
中国光学
2021, 14(4): 736
李龙 1,3张沛 1,3韩家奇 1,3崔铁军 2,3,*
作者单位
摘要
1 西安电子科技大学 超高速电路设计与电磁兼容教育部重点实验室 电子工程学院,西安 710071
2 东南大学 毫米波国家重点实验室,南京 210096
3 智能超材料研究中心,琶洲实验室,广州 510330
1016001Wireless Power Transfer (WPT) and energy harvesting technologies are expected to provide revolutionary technological changes in important fields such as 5G communications and the Internet of Things. The short-range coupling WPT has gradually been commercialized, but there are still many technical bottlenecks in the practical process of microwave power transmission that can realize long-distance applications, such as the contradiction between the limited aperture of transceiver antennas and the WPT efficiency. The developments of electromagnetic metamaterials and metasurfaces have brought new breakthroughs for solving the above-mentioned problems. In this paper, we will focus on the combination of the two important technologies, and systematically review the applications of metamaterials in microwave wireless power transfer and wireless energy harvesting. The results show that the near-field focusing metasurface can significantly improve the transfer efficiency. We will also introduce the research progress of optically transparent metasurfaces and reconfigurable metasurfaces for improving WPT performance and practicability. Based on the periodically close arrangements of subwavelength metamaterial units, a wireless energy harvester with wide-angle incidence and polarization-insensitive characteristics is designed, which can replace conventional receiving antennas with higher harvesting efficiency. Furthermore, coplanar integration with the rectifying diodes makes a new concept of the rectifying metasurface, which can simplify the overall structure, reduce the size, and improve the efficiency. Finally, we will discuss the future progress of WPT, and point out the vital role that programmable and intelligent metamaterial technologies will play very important roles in future simultaneous wireless information and power transfer systems.
无线能量传输 无线能量收集 电磁超材料 近场聚焦 整流超表面 智能超材料 Wireless power transfer Wireless energy harvesting Electromagnetic metamaterials Near-field focusing Rectifying metasurface Intelligent metamaterials 
光子学报
2021, 50(10): 1016001
刘彻 1,2马骞 1,2李廉林 3崔铁军 1,2,*
作者单位
摘要
1 东南大学电磁空间科学与技术研究院, 江苏 南京 210096
2 东南大学毫米波国家重点实验室, 江苏 南京 210096
3 北京大学先进光通信系统与网络国家重点实验室, 北京 100871
人工智能的发展已经给人类社会的发展带来了极大变革,各种基于人工智能的新应用层出不穷。电磁和光学超材料对电磁波有强大的调控能力,且具有灵活的设计特性,尤其是可编程超材料的实时数字化调控能力,有利于基于人工智能技术的电磁超材料的设计和智能化应用。对超材料的智能化设计、智能化结构和智能化系统进行了阐述,对于人工智能技术与电磁和光学超材料的结合,总结介绍了结构优化、架构设计和系统应用的主要进展和成果,并展望了智能超材料的未来发展方向。
光学仪器 人工智能 电磁超材料 光学超材料 信息超材料 
光学学报
2021, 41(8): 0823004
作者单位
摘要
1 东南大学电磁空间科学与技术研究院, 江苏 南京 210096
2 东南大学毫米波国家重点实验室, 江苏 南京 210096
以微带为代表的传统微波传输线无法精细操控电磁模式,因此传统电子信息系统在空间耦合、动态响应和性能鲁棒性等方面存在瓶颈。人工表面等离激元(SSPP)超材料可打破上述瓶颈,是光学与信息领域的研究热点之一。人工表面等离激元超材料是一类模拟光频段表面等离激元特性的新型超材料,可在微波和太赫兹频段精细操控表面波,具有与平面电路相似的构型特性,可用于制备下一代集成电路的基础传输线。人工表面等离激元分为传输型和局域型两类。传输型人工表面等离激元超材料始于三维立体结构,后发展成超薄梳状金属条带构型。学者们构建了以其为基础的微波电路新体系,研制了人工表面等离激元滤波器、天线、放大器和倍频器等典型的无源和有源器件,并将其集成为可实现亚波长间距多通道信号非视距传输的无线通信系统。人工局域表面等离激元(SLSP)超材料也经历了从三维立体构型到超薄构型的发展历程,并通过螺旋构型、链式构型、高阶模式和杂化模式等为电磁波的亚波长尺度调控提供了更多自由度。系统讨论了人工表面等离激元超材料在微波电路中的相关理论和应用,包括人工表面等离激元超材料的基本概念、构型发展、无源/有源器件以及无线通信系统。
表面光学 超材料 人工表面等离激元 人工局域表面等离激元 微波器件 无线通信系统 
光学学报
2021, 41(1): 0124001
陈磊 1,2钱达 1张虎 1,2崔铁军 1,2
作者单位
摘要
1 天津师范大学地理与环境科学学院, 天津 300387
2 天津市地理空间信息技术工程中心, 天津 300387
为提高地物光谱模拟精度, 建立地表混合光谱模型, 利用ASD FieldSpec3 Hi-Res便携式地物光谱仪和地物多角度二向性反射平台, 设计试验探测不同角度下的不同叶片覆盖面积的混合光谱。 以等距离/等面积模型为理论基础, 将模型中二维权重系数变化规律扩展到三维空间权重系数变化中, 考虑探测方向倾斜时探测区域权重系数的变化, 提出新的考虑几何角度的三维权重模型对混合光谱进行模拟, 并与实测混合光谱对比分析。 分析结果表明, 相比于等距离/等面积模型, 三维权重模型对探测区域进行了细分, 提高了权重系数计算精度, 模拟的混合光谱误差更小, 特别是在探测角度有倾斜时, 模拟的效果更明显, 均方根误差平均降低了0.016 1, 光谱角误差平均降低了0.07。 三维权重模型考虑了探测角度对权重系数的影响, 提高了光谱模拟的精度, 为地表模型的建立及卫星数据混合光谱分解的应用提供新的理论基础。
二向性 混合光谱 权重系数 三维权重模型 Bidirectional Reflectionmixture Spectra Weight Coefficient Three-dimensional weight coefficient model 
光谱学与光谱分析
2018, 38(12): 3815
作者单位
摘要
东南大学 信息科学与工程学院,江苏 南京 210096
本文系统地对编码超材料、数字超材料及现场可编程超材料的新进展进行了综述,讨论其对电磁波的实时调控和构造多功能器件的能力。首先,引入1-bit编码超材料,由“0”和“1”两种编码单元构成,分别对应于相位相反的电磁响应。通过控制不同的“0”和“1”编码序列,可以调控电磁波,并实现不同功能。这种1-bit编码超材料可以扩展到2-bit,甚至更高比特。其次,介绍了一种由开关二极管来控制的数字编码超材料,每个编码单元可通过二极管的开和关来获得不同的相位响应,进而获得不同的数字态。结合现场可编程门阵列(FPGA)控制系统,实现了对数字超材料的实时可编程设计,构造出现场可编程超材料。最后,研究了编码超材料对太赫兹波的调控,包括太赫兹波宽带漫散射及其对目标雷达散射截面(RCS)的缩减、各向异性编码超材料对太赫兹波的极化调控和波束调控等。数值仿真和实验测试结果吻合很好,验证了编码超材料的出色性能,展示了编码超材料调控电磁波的多功能性。编码超材料对微波及太赫兹波的实时控制可用于制作波束分离、波束偏折、极化转换等功能器件,也可在宽带范围内有效缩减目标RCS。
编码超材料 数字可编程 超表面 太赫兹 漫反射 各向异性 coding metamaterials digital and programmable metasurfaces terahertz diffusion anisotropic 
中国光学
2017, 10(1): 1

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