[发明专利]一种小型化高效率的喇叭形介质光纳米天线

说明书

本发明提供一种小型化高效率的喇叭形介质光纳米天线，属于天线技术领域，包括喇叭形结构的天线(1)及由包覆层(2)包覆表面的波导(3)，其中波导(3)的一端连接天线(1)；利用波导(3)对天线(1)馈光，将波导模过渡到自由空间模，及由天线(1)将波导(3)中的光辐射到自由空间中。所述天线(1)进行主瓣垂直辐射。所述波导(3)由硅和二氧化硅材料构成。本发明有效地减小了目前激光相控阵中天线单元的尺寸，提高天线单元的辐射特性，在空间激光通信和激光雷达领域中具有重要应用。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种小型化高效率的喇叭形介质光 纳米天线。

背景技术

硅基激光相控阵体积小，重量轻，响应速度快，扫描范围大，与CMOS 工艺相兼容，可以实现大规模集成和量产。光天线单元是激光相控阵的关 键组成部分，其尺寸和辐射特性直接影响着激光相控阵的规模和辐射特性。

申请号为CN201410553995.4的“可调谐的纳米天线及其制备方法”涉 及一种蝴蝶结型纳米天线，没有喇叭形纳米天线。申请号： CN201620134999.3的“一种宽带纳米天线”公开了一种阿基米德螺旋纳米 天线，不涉及喇叭形纳米天线。申请号为US008698096B2的“一种光学相 控阵发射装置”公开了一种由纳米线和纳米球等构成的纳米天线，不涉及 喇叭形纳米天线。

非专利文献“双蝶形金属纳米光天线的远场特性研究，”(激光与光电 子学进展，Vol.52，2015，021601)提出了一种双蝶形银纳米光天线，并 基于时域有限差分的方法研究了天线不同结构与尺寸的变化对远场方向 性产生的影响，不涉及喇叭形介质光纳米天线。非专利文献“波导馈光的 光混合等离子体激元贴片纳米天线，”(Optics Express，Vol.20，no.16， 2012，pp18326-18335)提出了一种在1550nm的标准电信波长下工作新 型光学混合等离子体激元贴片纳米天线，天线由金属和介质构成，不涉及 喇叭形介质光纳米天线。非专利文献“基于模式选择片上纳米天线的高比 特率超紧凑光路由，”(Science Advances，Vol.3，no.7，2017，pp1-7)公 开了一种集成在硅波导上的具有偏振选择性和模式选择性的纳米天线，由 硅波导和矩形的金属块构成，不涉及喇叭形介质光纳米天线。

目前，在国内外的报道中，未见具有喇叭形结构的小型化高效率的 介质光纳米天线单元。

发明内容

发明所要解决的课题是，如何设计具有喇叭形结构的小型化高效率 的介质光纳米天线单元，以提高辐射效率的问题。

用于解决课题的技术手段是，本发明提出小型化高效率的喇叭形介 质光纳米天线，将硅基激光相控阵天线单元间距从几倍波长降低到亚波 长，消除了天线方向图中的双向辐射，主瓣由倾斜辐射变为垂直辐射， 辐射效率提高到82.7％。

一种小型化高效率的喇叭形介质光纳米天线，包括喇叭形结构的天 线及由包覆层包覆表面的波导，其中波导的一端连接天线；利用波导对 天线馈光，将波导模过渡到自由空间模，及由天线将波导中的光辐射到 自由空间中。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述天线进行主瓣垂 直辐射。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述波导由硅和二氧 化硅材料构成。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述波导采用矩形。

发明效果为：

本发明的小型化高效率的喇叭形介质光纳米天线，与现有技术相比的 优点在于：

1、天线单元为喇叭形结构，具有亚波长的尺寸。

2、天线单元由硅和二氧化硅材料构成，材料造成的吸收损耗非常低， 实现了82.7％的辐射效率。

3、天线单元主瓣垂直辐射，没有产生双向辐射。