[發明專利]納米雙蝶形天線陣列結構

在審

• 申請號: 201910131177.8
• 申請日: 2019-02-22
• 公開（公告）號: CN109888474A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 匡登峰;林宇;楊卓;馬曉威;耿雪;郭蓉;李鈺琛
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q15/00;H01Q21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本專利提出一種增強渦旋光束定向傳輸能力的納米雙蝶形天線陣列。渦旋光束由海豚形元胞圓陣列超表面產生的局域復合偏振光場生成，經片上納米雙蝶形天線陣列得到定向輻射增強。每組雙蝶形天線由四個相同的三角天線元構成，一共N組(且N為正整數)，各組雙蝶形天線繞圓心等角度旋轉排布構成圓形陣列。納米雙蝶形天線陣列通過優化透射光場z方向分量的強度占比，增加海豚形元胞圓陣列超表面透射場能量強度，改善了渦旋光束的通信能力。本結構具有良好的定向場增強、輻射的作用，能夠顯著增強渦旋光束的強度占比，這對于渦旋光束的通信有重要意義。本發明結構簡單，促進光學器件的微型化和集成化，提高光通信的穩定度、靈敏度，對寬帶光通信、光學成像、納米操控等領域有重要的應用價值。

技術領域

本發明屬于納米天線領域，涉及光場偏振調制、納米操縱、表面等離子體激發，提出了一種增強渦旋光束定向傳輸能力的納米雙蝶形天線陣列。渦旋光束由海豚形元胞圓陣列超表面產生的局域復合偏振光場生成，經片上納米雙蝶形天線陣列得到定向輻射增強。

背景技術

目前，有許多種類的亞波長尺度的光學器件用于調控光場的自旋角動量與軌道角動量。近年來，利用軌道角動量提高信息承載能力的應用被廣泛關注，而對于如何提高含軌道角動量(OAM)光束的傳播效率逐漸稱為研究熱點之一。

2011年，OAM波束實現由光纖耦合器的產生，其模式純度可達96.4％以上。但是由于光纖耦合器的波導色散差，使得高階OAM模對波長的變化敏感，從而導致模式的不穩定。而傳統的OAM波束產生方法，如螺旋相位板法、計算全息法，由于外加調制光路，導致OAM波衰嚴重。

光學器件的微型化與集成化是當前光學領域研究的重要課題，然而傳統光學器件卻存在體型較大、難以集成等缺陷。2016年，在銀膜上刻環形孔的結構的提出，使器件可以在實現高集成度的同時抑制相位噪聲。但是其并未提高單一方向波束強度。

本發明通過一組納米雙蝶形天線陣列，提高了OAM波束中E_z強度的占比，提升了OAM的檢測性能。由于納米天線陣列微型、輕便，這有利于盡可能地縮小器件的尺寸。

發明內容

本發明提供了一種增強渦旋光束E_z的強度占總光場E強度比例的雙蝶形天線陣列。該天線陣列由N組的雙蝶形天線單元組成，每個天線單元由兩組垂直的蝶形天線元組成。每組蝶形天線由兩個三角偶極子天線元組成。三角天線偶極子長度L＝60nm，底邊長d＝10nm，高度h＝30nm，蝶形天線縫隙L₀＝10nm。N組天線距離結構軸心的距離為R，相鄰兩組天線關于軸心的夾角α＝360°/N。

所述的天線陣列結構具有良好的定向場增強、輻射的作用，能夠顯著增強渦旋光束E_z的強度占比，這對于渦旋光束的檢測有重要意義。

本發明的優點和積極效果：

海豚形金屬元胞將入射光能量束縛到結構表面，將入射的線偏振光轉化為螺旋相位光束后，產生局域復合偏振光場透過所述的定向片上納米雙蝶形天線陣列，該納米雙蝶形天線陣列使得透射光場z方向分量E_z的強度占總光場E強度的比例在相同傳播距離下相比于未使用所述納米雙蝶形天線陣列的超表面顯著增強。同時，所述天線對原超表面產生的居于復合型光場的相位螺旋效果沒有明顯的影響。該結構具有良好的定向場增強、輻射的作用，能夠顯著增強渦旋光束E_z的強度占比，這對于渦旋光束的檢測有重要意義。該納米雙蝶形天線結構具有方向性良好、增益高、制造簡單、方便集成集總組件在結構表面的優點。本發明提高光通信的穩定度、靈敏度，對寬帶光通信、光學成像、納米操控等領域有重要的應用價值。

附圖說明