[发明专利]面向B5G通信的多通道可调控非线性电磁超构表面构建方法

说明书

本发明公开一种面向B5G通信的多通道可调控非线性电磁超构表面构建方法，对于打破对称性实现直接激发连续域束缚态的情况，确定影响非线性响应的物理参量包括对称性破缺程度、入射偏振状态和材料电导率；基于上述物理参量，在高阻硅衬底上，设置对称且带有破损段的金属结构，得到能够产生若干个通带的非线性电磁超构表面；基于上述非线性电磁超构表面，采用温敏材料将金属结构的破损段补全，得到能够通过温度调控实现材料电导率变化并影响对称性破缺程度的可调非线性电磁超构表面，实现基于超构表面连续域束缚态的非线性响应调控。

技术领域

本发明涉及非线性光学调控领域，特别是涉及面向B5G通信的多通道可调控非线性电磁超构表面构建方法。

背景技术

随着第五代移动通信技术(5G)设施在世界各地部署实施，后5代(Beyond 5G,B5G)移动通信系统受到研究者越来越多的关注。由于需要为工业互联网、车联网、物联网等诸多平台提供高质量的通信服务，B5G相比5G有更多的性能要求，例如多业务通信、高峰值速率、高可靠性、低延迟、高能效和高连接密度等。目前，5G技术的传输能力、接入能力、能效及时延问题仍然是制约系统服务性能和运行效率的主要瓶颈，迫切需要研究新型的传输和接入技术，来为未来的移动网络智能信息服务提供链路支撑。近年来，围绕上述需求，学术界展开了大量相关工作并取得了一定进展。传统无线通信系统(5GH以下)无法实现每秒太比特(Tbps)的数据速率，这激发了更高频段的探索，太赫兹(THz)频段(0.1-10THz)随之成为一个关键的技术来满足这个要求。太赫兹频段具有很多优点：太赫兹超高速无线网络可支持数10Gbps乃至1Tbps的数据传输速率；太赫兹频段的频段较宽，且大部分尚未被分配使用，能够承载Gbps的数据量，具有广泛的应用前景；并且利用太赫兹频带进行通信能够有效缓解日益紧张的频谱资源和当前无线系统的容量限制。高载频、大带宽等是B5G系统提供高质量通信服务的前提，但当前高效能大带宽信息传输与处理技术、高可靠低时延大规模接入技术还面临诸多挑战，其信息理论基础也迫切需要深入思考和探索。为满足面向5G/B5G通信的C-RAN架构对光纤前传通信容量和延迟提出的严格要求，需要一种新的解决方案，即利用非线性电磁超构表面实现的独立高效多通道太赫兹B5G通信系统。

非线性光学在频率调谐、信道复用以及信号同步等方面具有独特优势；而随着信息技术的快速发展，非线性光电子器件成为当前研究热点之一。目前常用的非线性光学介质包括：光学薄膜、晶体和非晶态物质等。非线性光通信器件具有结构简单、体积小、重量轻以及信息传输效率高、通信成本低等优点。然而绝大多数非线性光学器件由于受到本征非线性极化率、饱和吸收率、色散等因素的制约，且无法摆脱材料的束缚，不能满足完全人工设计、高效转化非线性电磁响应的需求。

近些年来，基于电磁超构表面的非线性光学器件因能够通过简单的单元结构，实现亚波长上多自由度的非线性电磁响应而备受关注。其中，单元结构引起的磁偶极子共振由于其独特的正交性和相消干涉现象为高效率的人工非线性提供了可行路径。通过改变入射光的频率引起等效电容的变化实现磁偶极子谐振，从而实现非线性电磁响应在波长、效率等自由度下的人工操控。磁场的局域效应能够在开放系统中保持较高的耦合效率以及较快的响应速率，并增强结构表面的非线性光学过程。

基于上述研究背景，如何实现非线性电磁超构表面构成的多通道太赫兹B5G通信系统，实现摆脱载体材料束缚的定制非线性光学器件，解决B5G通信中多通道之间不能相互独立、信道容量无法进一步增加的问题，在多个自由度下实现人工非线性电磁响应的高效调控，这些问题亟待解决。研究如何基于温度控制超构表面得到自主高效的多通道B5G通信系统并实现有效的人工调控，既具有重大科技前景又具有开发价值，同时也顺应了非线性电磁超构表面发展潮流，将对工业设计新颖非线性光学器件提供强大理论支持。

发明内容