توسعه نانوآنتن های مدوله شده موج نشتی نوری به منظور شکل دهی نور

نویسندگان

گروه مخابرات میدان، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش، به توسعه آنتن‌های موج نشتی در باند مخابرات نوری و طول موج 1550 nm به منظور شکل دهی نور به طور دلخواه پرداخته شده است. در این راهکار، با بهره مندی از موجبرهای دورگه پلاسمونیک که تلفات کم و قابلیت مجتمع سازی بهتری دارند، به سنتز آنتنهای موج نشتی مدوله شده، خواهیم پرداخت. سنتز شکل پرتو در این آنتنها با ایجاد تغییرات در ضخامت لایه سیلیکونی موجبر دورگه پلاسمونیک حاصل می شود. تغییرات ایجاد شده در ساختار موجبر، تغییرات سرعت نور را به دنبال دارد و باعث می شود مقادیر متفاوت نشتی، حاصل شوند. در نهایت با مهندسی این مقادیر نشتی، به تامین شکل پرتو دلخواه می پردازیم. از مزایای راهکار پیشنهادی نسبت به پژوهش های گذشته، می توان به قابلیت تجمیع پذیری، تامین هر شکل پرتو دلخواه و پهنای باند بالای آنتنهای پیشنهادی، اشاره کرد. از کاربردهای آن نیز می توان به مواردی چون سیستمهای تشخیص فاصله به کمک نور، مخابرات نوری بی سیم و افزایش بازدهی سلولهای خورشیدی، اشاره کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Light Shaping using Modulated OpticalLeaky wave NanoAntennas

نویسندگان [English]

  • Vahid Ghaffari
  • Leila Yousefi
Department of Communication, School of Electrical and Computer Engineering, Faculty of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, to form light in an arbitrary manner, new optical leaky wave antennas are proposed to operate at the standard optical telecommunication wavelength of 1550 nm. The proposed antennas are designed based on hybrid plasmonic structures in which pattern synthesis is provided by modulation of the thickness of the silicon layer. The modulation of thickness changes the light velocity in the structure leading to different leakage rates through the antenna. Comparing the structure proposed in this paper with previously reported optical leaky wave antennas, the proposed design has the potential for integration with other devices and also provides any desired radiation pattern in wide bandwidth of operation. The proposed antennas can have applications in Light Detection and Ranging System LIDARS, optical wireless communication, and the solar cell efficiency improvement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Light Shaping
  • Optical Communication
  • Leaky wave Antennas
  • Hybrid Plasmonic waveguide
[1] L. Cao, J.-S. Park, P. Fan, B. Clemens, and M.
L. Brongersma, “Resonant germanium nanoantenna
photodetectors,” Nano letter, 10, 1229–1233, 2010.
[2] J.N. Anker, W.P. Hall, O. Lyandres, N.C. Shah,
J. Zhao, and R.P. VanDuyne, “Bio-sensing with
plasmonic nano-sensors,” Nature material, 7, 442–
453, 2008.
[3] V. Ebrahimi, L. Yousefi, M. M.
Taheri,“Enabling inter- and intra-chip optical
wireless interconnect by the aid of hybrid plasmonic
leaky-wave optical antennas,” Optical
communications, 382, 119-126, 2017.
(a)
(b)
(c)
شکل 8 :بهره کل بهست آمده به کمک نرم افزار تمام موج CST برای آنتن
طراحی شده در شکل۱ در سه فرکانس )a )THz 5.193( ، b )THz 210 و
230 THz )c(
103 تابستان1398 |شماره دوم | سال ششم
[4] L. Novotny, and S. J. Stranick, “Near-field
optical microscopy and spectroscopy with pointed
probes,” Annular review physics chemistry, 57,
303-331, 2006.
[5] Q. Song, F. Qian, E. Tien, I. Tomov, J. Meyer,
X. Sang, and O. Boyraz, “Imaging by silicon on
insulator waveguides, ”Applied physics letter, 94,
231101–231101, 2009.
[6] C. K. Toth, “R&d of mobile lidar mapping and
future trends,” presented at the ASPRS annular
conference, Baltimore, MD, USA, 2009.
[7] F. Taghian, V. Ahmadi, and L. Yousefi,
"Enhanced Thin Solar Cells Using Optical NanoAntenna Induced Hybrid Plasmonic TravellingWave," Journal of light-wave technology, 34, 1267-
1273, 2016.
[8] L. Yousefi, and A. C. Foster, “Waveguide-fed
optical hybrid plasmonic patch nano-antenna,”
Optics express, 20, 195111, 2012.
[9] L. Yousefi, “Highly directive hybrid plasmonic
leaky wave optical nanoantenna,” Progress
electromagnetic research letter, 50, 85–90, 2014.
[10] M. A. Panahi, L. Yousefi and M. Shahabadi,
"Highly Directive Hybrid Plasmonic Leaky-Wave
Optical Antenna With Controlled Side-Lobe Level,"
Journal of light-wave technology, 33, 4791-4798,
2015.
[11] B. A. Nia, L. Yousefi and M. Shahabadi,
"Integrated Optical-Phased Array Nanoantenna
System Using a Plasmonic Rotman Lens," Journal
of light-wave technology, 34, 2118-2126, 2016.
[12] M. Saad-Bin-Alam, M. I. Khalil, A. Rahman
and A. M. Chowdhury, "Hybrid Plasmonic
Waveguide Fed Broadband Nanoantenna for Nanophotonic Applications," IEEE photonic technology
letter, 27, 1092-1095, 2015.
[13] A. Oliner and A. Hessel, "Guided waves on
sinusoidally-modulated reactance surfaces," IRE
transaction on antenna and propagation, 7, 201-208,
1959.
[14] C. Balanis, Antenna Theory: Analysis and
Design. San Francisco, Ed. 3rd, Hoboken, NJ: John
Wiley, 2005.
[15] M. Esquius-Morote, J. S. Gómez-Dı´az and J.
Perruisseau-Carrier, "Sinusoidally Modulated
Graphene Leaky-Wave Antenna for Electronic
Beam-scanning at THz," IEEE transaction terahertz
science and technology, 4, 116-122, 2014.
[16] M. Farmahini-Farahani and H. Mosallaei,
"Functional-Graded Index Metasurfaces for
Infrared Radiation and Guiding," IEEE transaction
on nano-technology, 14, 75-81, 2015.
[17] X. Liu, and A. Alu, “Subwavelength leakywave optical nanoantennas: Directive radiation
from linear arrays of plasmonic nanoparticles,”
Physic Review B, 82, 144305, 2010.
[18] Y. Wang, A. S. Helmy, and G. V. Eleftheriades,
“Ultra-wideband optical leaky-wave slot antennas,”
Optics express, 19, 12392–12401, 2011.
[19] Q. Song, S. Campione, O. Boyraz, and F.
Capolino, “Silicon-based optical leaky wave
antenna with narrow beam radiation,” Optics
express, 19, 8735–8749, 2011.
[20] W. D. Sacher, Y. Huang, L. Ding, B. J. Taylor,
H. Jayatilleka, G.-Q. Lo, and J. K. Poon, “Wide
bandwidth and high coupling efficiency si3n4 on
soi dual-level grating coupler,” Optics express, 22,
10938–10947, 2014.
104 تابستان1398 |شماره دوم | سال ششم
[21] D. Dai, and S. He, “A silicon-based hybrid
plasmonic waveguide with a metal cap for a nanoscale light confinement,” Optics express, 17,
16646–16653, 2009.
[22] R. Salvador, A. Martinez, C. Garcia-Meca, R.
Ortuno, and J. Marti, “Analysis of hybrid dielectric
plasmonic waveguides,” IEEE journal of selected
topics in quantum electronics, 14, 1496–1501, 2008.
[23] P. B. Johnson and R.W. Christy, “Optical
constants of the noble metals”, Physic Review B, 6,
4370–4379, 1972.