面向片上光互連的納米光波天線研究.pdf

1、納米光波天線近年來因其在納米顯微成像、吸收光伏、非線性光學(xué)乃至生物醫(yī)療等方面的廣泛應(yīng)用而受到日益增長的關(guān)注，目前已成為納米光子學(xué)領(lǐng)域中的重要課題。與傳統(tǒng)射頻微波天線類似，納米光波天線可在亞波長局域光場與自由空間輻射場間搭建橋梁，使兩者有效轉(zhuǎn)換。形如單極天線、偶極天線、蝴蝶結(jié)天線及八木宇田天線等諸多傳統(tǒng)天線結(jié)構(gòu)都已成功被縮小移植至納米尺度，相關(guān)的理論與實(shí)驗(yàn)研究也都取得了一系列的進(jìn)展。然而，由于金屬等納米材料在高頻光波段擁有與其在低頻微波段

2、截然不同的物理特性，經(jīng)典天線理論對(duì)納采光波天線而言并不適用。因此，如何設(shè)計(jì)并應(yīng)用納米光波天線就成為了一個(gè)亟待研究的問題。
　　另一方面，與傳統(tǒng)天線相比，納米光波天線所具有更小幾何尺寸與更高工作頻率，無疑也將為無線通信系統(tǒng)帶來更高的器件集成度與更強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸能力。這一特性則有望為納米尺度無線光通信提供了新的可能。
　　基于此，本文主要探究了納米光波天線在片上無線光互連方面的潛在應(yīng)用。從納米光波天線的當(dāng)前研究現(xiàn)狀及應(yīng)用發(fā)展出發(fā)，

3、本文基于納米光波天線理論，針對(duì)金屬及電介質(zhì)等不同材料在光頻段的特殊響應(yīng)，分別設(shè)計(jì)并研究了相應(yīng)結(jié)構(gòu)的納米光波天線。
　　對(duì)于金屬材料，我們?cè)O(shè)計(jì)了金屬納米喇叭天線。該天線基于非共振工作原理，可有效避免普通共振型天線的極窄工作帶寬限制。研究表明，該天線可與單模及多模表面等離激元光波導(dǎo)在1200至2000nm超寬帶范圍實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，耦合效率高達(dá)95％以上。此外，金屬納米喇叭天線還具有極強(qiáng)的遠(yuǎn)場輻射方向性，以該天線為發(fā)射與接收單元所構(gòu)成的納

4、米尺度無線光互連鏈路，相比基于偶極天線的無線鏈路及表面等離激元光波導(dǎo)直連鏈路，在通信傳輸效率上具有100倍以上的優(yōu)勢。此外，該鏈路可在整個(gè)近紅外通信波段保持穩(wěn)定的信號(hào)傳輸特性。通過進(jìn)一步與其他表面等離激元器件集成，我們還設(shè)計(jì)了具有簡單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的片上無線寬帶光通信網(wǎng)絡(luò)并展示了諸如廣播、復(fù)用等基本通信功能。
　　考慮到金屬在光頻段的高損耗特性，我們還將研究拓展到以硅為代表的高折射率介質(zhì)材料上。基于介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)在光頻段的特殊電、磁共振響