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,andM.L.Brongersma,“Resonantgermaniumnanoantennaphotodetectors,”Nanoletter,10,12291233,2010.[2]J.N.Anker,W.P.Hall,O.Lyandres,N.C.Shah,J.Zhao,andR.P.VanDuyne,“Bio-sensingwithplasmonicnano-sensors,”Naturematerial,7,442453,2008.[3]V.Ebrahimi,L.Yousefi,M.M.Taheri,“Enablinginter-andintra-chipopticalwirelessinterconnectbytheaidofhybridplasmonicleaky-waveopticalantennas,”Opticalcommunications,382,119-126,2017.
[4]L.Novotny,andS.J.Stranick,“Near-fieldopticalmicroscopyandspectroscopywithpointedprobes,”Annularreviewphysicschemistry,57,303-331,2006.[5]Q.Song,F.Qian,E.Tien,I.Tomov,J.Meyer,X.Sang,andO.Boyraz,“Imagingbysilicononinsulatorwaveguides,”Appliedphysicsletter,94,231101231101,2009.[6]C.K.Toth,“R&dofmobilelidarmappingandfuturetrends,”presentedattheASPRSannularconference,Baltimore,MD,USA,2009.[7]F.Taghian,V.Ahmadi,andL.Yousefi,"EnhancedThinSolarCellsUsingOpticalNano-AntennaInducedHybridPlasmonicTravelling-Wave,"Journaloflight-wavetechnology,34,1267-1273,2016.[8]L.Yousefi,andA.C.Foster,“Waveguide-fedopticalhybridplasmonicpatchnano-antenna,”Opticsexpress,20,195111,2012.[9]L.Yousefi,“Highlydirectivehybridplasmonicleakywaveopticalnanoantenna,”Progresselectromagneticresearchletter,50,8590,2014.[10]M.A.Panahi,L.YousefiandM.Shahabadi,"HighlyDirectiveHybridPlasmonicLeaky-WaveOpticalAntennaWithControlledSide-LobeLevel,"Journaloflight-wavetechnology,33,4791-4798,2015.[11]B.A.Nia,L.YousefiandM.Shahabadi,"IntegratedOptical-PhasedArrayNanoantennaSystemUsingaPlasmonicRotmanLens,"Journaloflight-wavetechnology,34,2118-2126,2016.
[12]M.Saad-Bin-Alam,M.I.Khalil,A.RahmanandA.M.Chowdhury,"HybridPlasmonicWaveguideFedBroadbandNanoantennaforNano-photonicApplications,"IEEEphotonictechnologyletter,27,1092-1095,2015.[13]A.OlinerandA.Hessel,"Guidedwavesonsinusoidally-modulatedreactancesurfaces,"IREtransactiononantennaandpropagation,7,201-208,1959.[14]C.Balanis,AntennaTheory:AnalysisandDesign.SanFrancisco,Ed.3rd,Hoboken,NJ:JohnWiley,2005.[15]M.Esquius-Morote,J.S.Gómez-Dı ́azandJ.Perruisseau-Carrier,"SinusoidallyModulatedGrapheneLeaky-WaveAntennaforElectronicBeam-scanningatTHz,"IEEEtransactionterahertzscienceandtechnology,4,116-122,2014.[16]M.Farmahini-FarahaniandH.Mosallaei,"Functional-GradedIndexMetasurfacesforInfraredRadiationandGuiding,"IEEEtransactiononnano-technology,14,75-81,2015.[17]X.Liu,andA.Alu,“Subwavelengthleaky-waveopticalnanoantennas:Directiveradiationfromlineararraysofplasmonicnanoparticles,”PhysicReviewB,82,144305,2010.[18]Y.Wang,A.S.Helmy,andG.V.Eleftheriades,“Ultra-widebandopticalleaky-waveslotantennas,”Opticsexpress,19,1239212401,2011.[19]Q.Song,S.Campione,O.Boyraz,andF.Capolino,“Silicon-basedopticalleakywaveantennawithnarrowbeamradiation,”Opticsexpress,19,87358749,2011.[20]W.D.Sacher,Y.Huang,L.Ding,B.J.Taylor,H.Jayatilleka,G.-Q.Lo,andJ.K.Poon,“Widebandwidthandhighcouplingefficiencysi3n4onsoidual-levelgratingcoupler,”Opticsexpress,22,1093810947,2014.
[21]D.Dai,andS.He,“Asilicon-basedhybridplasmonicwaveguidewithametalcapforanano-scalelightconfinement,”Opticsexpress,17,1664616653,2009.[22]R.Salvador,A.Martinez,C.Garcia-Meca,R.Ortuno,andJ.Marti,“Analysisofhybriddielectricplasmonicwaveguides,”IEEEjournalofselectedtopicsinquantumelectronics,14,14961501,2008.[23]P.B.JohnsonandR.W.Christy,“Opticalconstantsofthenoblemetals”,PhysicReviewB,6,43704379,1972