用于高速全双工光无线广播通信的可量产波束控制超表面

       近年来，在无线终端设备和新兴多媒体应用巨大增长的刺激下，可用的无线电频谱正在迅速耗尽。在这种背景下，光无线通信（OWC）能够提供丰富的频谱范围，以释放无线网络的沉重流量负载，在学术和工业领域都受到了极大的关注。此外，OWC包括可见光和红外（IR）无线通信，具有抗电磁干扰和巨大频谱资源的优势。与可见光范围相比，红外无线通信不依赖于照明源，并且与具有超过20THz带宽的光纤通信的成熟S、C和L波段兼容。然而，现有的一些依赖于传统光学元件的波束控制方法无法兼顾大的波束控制角、任意的通道数、可重构性和小型化等特点，这将限制OWCs的应用领域。近年来，由超薄共振纳米结构组成的超表面提供了一种新的方法来精确控制光学特性，例如亚波长分辨率入射光的振幅、相位和偏振，由于其出色的波控制能力，研究人员开始将光学超表面引入光纤通信领域。作为偏振分束器的金属超表面被应用于数据速率为20 Gbps的一维点对点（PtP） 红外无线链路，而超表面辅助点对多点（PtMP）OWC系统尚未开发。

       近日，中国信息通信技术集团（CICT）光通信技术与网络国家重点实验室的Xi Xiao、Shaohua Yu和武汉大学电子信息学院的Guoxing Zheng联合研究团队设计并通过实验展示了一个超小型的全双工超广播通信系统，它的波束指向角高达 ±40 °, 具有14个信号通道，每个信号通道的下行和上行链路容量分别高达100和10 Gbps，同时兼具三种灵活的信号切换操作模式，设备尺寸小至2 *2mm。利用光波丰富的频谱范围，同时实现了超表面辅助波束控制和通信信号加载，进而实现了PtMP高速全双工光无线通信。通过使用半导体光放大器、增加子光束信息通道和利用其他调制格式，可以进一步提高系统性能。他们期望通过进一步使用M×N光纤和超表面阵列，以实现更灵活的无线广播系统。此外，SOI基元器件通过CMOS工艺使用深紫外（DUV）光刻技术制造，实现了大规模生产和与其他有源和无源功能光电元件的单片集成，显示了其大规模商业应用的潜力。相关研究发表在《Advanced Materials》上。（钟雨豪）

       文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202106080