(a) Un ensemble d'emplacements de mesure dans l'espace k. (b) Distributions d'intensité théoriques des points de mesure. (c, d) Un échantillon d'un motif de phase désordonnée de 1 bit de la métasurface et la distribution d'intensité de champ lointain générée. (e) Résultats théoriques et calculés de I2 (informations sur le diagramme de rayonnement) par rapport aux différentes tailles et diagrammes de phase des métasurfaces. (F, g) Un échantillon de modèle de phase désordonnée de 2 bits de métasurface et la distribution d'intensité de champ lointain générée. (h) Résultats théoriques et calculés de I2 par rapport à différentes tailles et modèles de phase de métasurfaces. (je, j) Un échantillon du modèle continu de phase désordonnée de la métasurface et la distribution d'intensité de champ lointain générée. (k) Résultats théoriques et calculés de I2 par rapport à différentes tailles et modèles de phase de métasurfaces. Crédit :©Science China Press
Lorsqu'il est éclairé par des ondes électromagnétiques, les particules de métasurfaces à l'échelle inférieure à la longueur d'onde peuvent coupler l'énergie incidente à l'espace libre avec une amplitude contrôlable, phase et polarisations, de telle sorte que l'onde transmise puisse être manipulée de manière flexible avec des fonctionnalités prédéfinies. Dans les années récentes, les développements rapides des métasurfaces numériques et de l'information ont stimulé de nombreuses applications de traitement de l'information, comme l'imagerie informatique, communications sans fil, et effectuer des opérations mathématiques. Avec le nombre croissant de recherches axées sur le thème du traitement de l'information avec des métasurfaces, une théorie générale pour caractériser les propriétés des métasurfaces du point de vue de l'information est nécessaire de toute urgence.
Récemment, Le groupe du professeur Tie Jun Cui à l'Université du Sud-Est (SEU) a collaboré avec le professeur Lianlin Li à l'Université de Pékin (PKU), et a signalé une percée sur ce sujet dans Revue scientifique nationale intitulé "Théorie de l'information des métasurfaces" (le premier auteur est étudiant diplômé, Haotian Wu). Dans ce travail, une théorie générale de l'information de la métasurface est proposée pour analyser la relation entre l'information d'une métasurface et son diagramme de rayonnement en champ lointain.
Pour analyser la métasurface du point de vue de l'information, les scientifiques ont introduit un modèle d'ouverture générale pour caractériser les réponses en amplitude et en phase de la métasurface. En incorporant le modèle d'ouverture générale de la métasurface avec relation d'incertitude dans l'espace L2, les scientifiques ont trouvé une limite supérieure d'informations contenues dans le diagramme de rayonnement d'une métasurface, et a révélé la limite supérieure théorique des états de rayonnement orthogonaux qui peuvent être réalisés par la métasurface. La théorie proposée fournit également des conseils pour la conception inverse de la métasurface par rapport à des fonctionnalités données. C'est-à-dire, une fois le(s) diagramme(s) de rayonnement requis(s) spécifié(s), la taille de la métasurface doit être supérieure à la valeur prédite par la théorie proposée, sinon, il serait impossible de réaliser le(s) diagramme(s) de rayonnement requis, quelles que soient les stratégies de conception adoptées. En outre, en étudiant l'information des métasurfaces modulées en phase désordonnée, les scientifiques ont découvert l'invariance de l'information (1-γ) des diagrammes de rayonnement chaotiques générés par des métasurfaces désordonnées. Le résultat indique que l'information en champ lointain des diagrammes de rayonnement modulés en phase désordonnée est toujours égale à 1-γ (γ est la constante d'Euler), qui est indépendant de la taille de la métasurface, le nombre d'éléments de la métasurface, et les modèles de phase.
Pour vérifier la théorie proposée, les scientifiques ont d'abord analysé les informations des diagrammes de rayonnement en champ lointain générés par plusieurs ensembles d'échantillons de métasurface avec différentes modulations d'amplitude et de phase. Les résultats calculés sont tous limités par l'inégalité fournie par la théorie proposée. En outre, vérifier l'invariance informationnelle des métasurfaces désordonnées, ils ont calculé les informations des modèles de champ lointain générés par plusieurs ensembles d'échantillons de métasurface modulés en phase désordonnés :phases de codage numérique à 1 bit, chaque phase prenant l'une des valeurs de 0 et de manière aléatoire; Phases de codage numérique à 2 bits, chaque phase prenant une des valeurs 0, /2, , et 3/2π au hasard, et variable de phase aléatoire continue décrite par une distribution de probabilité uniforme. Les résultats calculés des diagrammes de rayonnement de type speckle correspondent parfaitement à la prédiction théorique (1-γ), qui démontrent de manière convaincante l'invariance de l'information des modèles chaotiques en champ lointain.
"La théorie présentée établit un cadre quantitatif pour caractériser les capacités de traitement de l'information des métasurfaces, qui fournit des informations physiques plus approfondies dans la compréhension de la métasurface du point de vue de l'information, et propose de nouvelles approches pour faciliter les analyses et les conceptions de métasurfaces. Les résultats de cette enquête sont généralement applicables dans un large éventail de spectres, ce qui serait utile pour jeter les bases de futures recherches sur le régime des métasurfaces d'information, ", prédisent les scientifiques.
