微波诱导热声成像中的被动波束成形超表面研究 学术背景 微波诱导热声成像（Microwave-Induced Thermoacoustic Imaging, MTAI）是一种新兴的医学成像技术，结合了微波和超声成像的优点。它通过微波脉冲照射生物组织，组织吸收电磁能量后产生热膨胀，进而生成超声波（即热声信号），这些信号携带了组织内部的形态和功能信息。MTAI具有无创、高分辨率、深穿透和高对比度等优点，因此在乳腺癌筛查、脑部成像、关节成像等领域得到了广泛应用。然而，随着成像深度的增加，微波能量的衰减导致热声信号的信噪比（SNR）和对比度显著降低，限制了其在深层组织中的应用。 为了解决这一问题，研究者们提出了多种方法，如使用高功率微波源、多天线耦合等，但这些方法存在生物安全性问题、电路设计复杂、成本...

超容量完美矢量涡旋光束的实现 研究背景与问题提出 光学涡旋（Optical Vortex）以其独特的轨道角动量（Orbital Angular Momentum, OAM）特性，在光学复用、粒子操控、成像、全息显示、光通信和光学加密等领域展现了巨大的应用潜力。然而，传统的涡旋光束通常采用全局相位调制方法生成，其拓扑荷（Topological Charge, TC）单一且强度分布均匀，限制了空间信息的进一步挖掘。此外，尽管已有研究尝试通过引入偏振等自由度增强信息容量，但局部空间强度信息仍未被充分探索。 为突破这一限制，清华大学深圳国际研究生院、香港理工大学、暨南大学等机构的研究团队提出了一种全新的“空频拼接超表面”（Spatial-Frequency Patching Metasurface）...

高增益多频带圆极化双层超表面贴片阵列天线设计研究 学术背景与研究动机 太赫兹（Terahertz, THz）频段通信近年来因其在无线通信系统中扩展带宽的潜力而受到广泛关注。然而，太赫兹系统的应用面临诸多挑战，其中信号衰减和带宽不足是主要问题。为了解决这些问题，设计高性能天线成为关键。传统的微带天线虽然具有简单的设计，但其窄带宽和低增益限制了其在太赫兹频段的应用。此外，圆极化（Circular Polarization, CP）技术能够有效减少发射器和接收器之间的极化失配，从而提高通信质量。 为了应对上述挑战，研究人员提出了一种结合双馈贴片阵列天线和双层超表面（Metasurface）的新型设计。这种设计旨在实现高增益、多频带圆极化特性，并通过优化天线结构和材料选择来提升性能。本研究的目标是开...

多频段反射型超表面实现高效线性和圆极化转换 研究背景与问题提出 在现代通信、雷达系统和遥感技术中，电磁波的极化控制是一项关键技术。通过操控电磁波的极化状态，可以优化信号传输质量、减少干扰并提升系统的整体性能。传统的极化转换设备通常体积庞大且效率有限，而近年来兴起的超表面（Metasurface）技术为解决这一问题提供了新的可能性。超表面是一种二维超材料，由亚波长尺度的“元原子”阵列组成，能够以纳米级精度调控光或电磁波的特性。 然而，尽管已有许多研究探讨了超表面在单频段或双频段内的极化转换能力，但如何设计一种能够在多个频段内同时实现高效线性-线性（LLP, Linear-to-Linear Polarization）和线性-圆极化（LCP, Linear-to-Circular Polariz...

动态3D超表面全息显示技术：基于级联聚合物分散液晶的创新研究 学术背景 超表面（Metasurface）作为一种二维亚波长结构，能够对光场的相位和振幅进行局部调制，为微型化光学器件设计提供了新的解决方案。然而，现有的超表面全息显示技术大多局限于静态特性，无法实现实时动态调制，这限制了其在智能显示系统中的应用。为了满足动态3D全息显示的需求，研究人员探索了多种主动超表面技术，包括多路复用超表面、结构修改超表面和集成超表面。其中，液晶（Liquid Crystal, LC）作为一种典型的光场调制材料，被广泛应用于主动超表面的设计中。然而，传统的液晶器件通常存在自由度低、信息容量有限、响应速度慢和串扰严重等问题。 为了解决这些问题，Sun等人首次提出了一种基于聚合物分散液晶（Polymer Dis...