Los efectos no lineales electromagnéticos y ópticos proporcionan una plataforma importante en un amplio espectro de tecnologías, incluyendo alta generación de armónicos, conversiones de frecuencia de suma y diferencia, autoenfoque, solitones ópticos, y absorción de fotones múltiples. Cuando se ilumina con alta intensidad de luz, las propiedades del material se modifican en función de las amplitudes del campo electromagnético aplicado, y el proceso no lineal se mejora en gran medida durante la interacción entre la luz y los materiales, dando lugar a componentes espectrales a nuevas frecuencias. Aunque en los últimos años se han logrado tremendos avances para las manipulaciones no lineales, la eficiencia global de la conversión de frecuencia sigue siendo muy baja.

Metamateriales, que generalmente están constituidos por una matriz periódica o no periódica distribuida espacialmente de resonadores de sublongitud de onda, se ha demostrado como una herramienta poderosa para alterar las respuestas de las ondas electromagnéticas incidentes. Optimizando las geometrías de los elementos y sus alineaciones espaciales, Los metamateriales son fáciles de crear propiedades altamente personalizables que pueden explotarse en una amplia variedad de aplicaciones como imágenes de superresolución, camuflaje óptico, y antenas novedosas. Las características no lineales de los metamateriales han mostrado potenciales emergentes para conversiones de frecuencia debido a los campos locales inducidos alrededor de los resonadores. Sin embargo, la relación de conversión no es satisfactoria, especialmente bajo la excitación de pequeñas señales.

En un nuevo artículo publicado en Beijing, Revista Nacional de Ciencias , científicos del Laboratorio Estatal Clave de Ondas Milimétricas en Nanjing, Porcelana, el Laboratorio Nacional de Investigación de Comunicaciones Móviles en Nanjing, Porcelana, y la Iniciativa Fotónica, Centro de Investigación Científica Avanzada en Nueva York, NOSOTROS, Presentar los últimos avances en la manipulación armónica no lineal con una metasuperficie de codificación digital programable en el dominio del tiempo. Encuentran que la metasuperficie con reflectividad variable en el tiempo puede responder al portador de excitación de manera no lineal de una manera fuerte, con la intensidad armónica dependiente de la secuencia de codificación digital de la amplitud y fase de reflexión.

Estos científicos resumen los detalles de la teoría y el método de diseño de la metasuperficie, y la futura aplicación de esta tecnología.

Los autores escriben, "Inspirado en metasuperficies de codificación digital de dominio espacial, Empleamos estrategias de modulación complejas para adaptar las interacciones onda-materia y el espectro de frecuencia simultáneamente, en el que los estados de fase de reflexión discreta de la metasuperficie están controlados por la secuencia de codificación digital. Demostramos que los procesos no lineales fuertes son habilitados por la modulación temporal de las ondas incidentes en la metasuperficie con controles precisos de las distribuciones de amplitud y fase para todos los armónicos ".

La metasuperficie se compone de elementos de codificación periódicos cargados con diodos varactores. "Impulsado por diferentes combinaciones de voltajes de salida de una matriz de puerta programable en campo (FPGA), nuestra metasuperficie puede implementar muchas funciones controlando los estados de codificación digital en el dominio del tiempo, " escriben.

"Como ejemplo de aplicaciones, Exploramos la implementación de un nuevo sistema de comunicación inalámbrica de codificación por desplazamiento de frecuencia binaria (BFSK), lo que simplifica en gran medida las arquitecturas heterodinas clásicas para sistemas de redes inalámbricas. En el sistema BFSK propuesto, las dos frecuencias portadoras básicas se sintetizan directamente a través de la metasuperficie, sin utilizar complicados convertidores analógico-digitales y filtros de microondas, mezcladores y amplificadores, mostrando grandes ventajas en términos de simplicidad y eficiencia, " agregan.

"El concepto y el método propuestos allanan el camino para sistemas de radar y comunicaciones simplificados y compactos para una amplia gama de frecuencias, desde acústica a microondas y óptica, "pronostican los científicos.

Las intensidades espectrales calculadas de los armónicos de salida bajo diferentes modulaciones de PM. (a-b), Codificación PM de 1 bit 01010101 ... con la longitud de la secuencia de codificación M =2 y el período de reflexión T =1μs. (CD), Codificación PM de 2 bits 00-01-00-01 -... con M =2 y T =1μs. (e-f), Codificación PM de 2 bits 00-01-10-11 -... con M =4 y T =2μs. g-h, Codificación PM de 2 bits 11-10-01-00 -... con M =4 y T =2μs.