混合納米天線設(shè)計(jì)用于操縱可見(jiàn)光

由A * STAR的研究人員開(kāi)發(fā)的納米級(jí)光學(xué)天線允許在微芯片的尺度上操縱可見(jiàn)光波。這種納米天線可以在小型移動(dòng)設(shè)備中開(kāi)發(fā)高分辨率成像系統(tǒng)。

光束中的光子可以攜帶比通過(guò)電線傳播的電子更多的信息。如果將光線作為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸手段引導(dǎo)到納米級(jí)芯片中，它可以為諸如醫(yī)療用途的高速成像技術(shù)和具有高分辨率三維顯示器的手機(jī)屏幕開(kāi)辟道路。

現(xiàn)在，Jinfa Ho，Joel Yang和Arseniy Kuznetsov以及他們?cè)贏 * STAR的材料研究和工程研究所的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種能夠以芯片尺度傳輸光波的納米級(jí)天線。至關(guān)重要的是，他們的設(shè)計(jì)是第一個(gè)能夠精確控制光波傳播方向的設(shè)計(jì)，同時(shí)限制可能在組件之間產(chǎn)生干擾串?dāng)_的輻射泄漏。

大多數(shù)人會(huì)認(rèn)識(shí)到來(lái)自建筑屋頂?shù)姆种o(wú)線電天線，包括有源饋電元件和一系列平行金屬桿，或“偶極導(dǎo)向器”。這種稱(chēng)為Yagi-Uda天線的設(shè)計(jì)是一種非常成功的無(wú)線電波傳輸方法。每個(gè)偶極子的大小設(shè)計(jì)用于響應(yīng)特定波長(zhǎng)的無(wú)線電波并根據(jù)需要引導(dǎo)它們。

“對(duì)于Yagi-Uda天線在光學(xué)波長(zhǎng)范圍內(nèi)工作，它們必須縮小到納米尺寸，”Ho說(shuō)。“大多數(shù)先前的嘗試都保留了金屬的使用，由于吸收到金屬中，金屬在光學(xué)頻率上有明顯的損失。相反，我們使用配置成蝴蝶結(jié)形狀的金源偶極子，與硅導(dǎo)向器配合使用(見(jiàn)上圖)。” 使用等離子體(金色領(lǐng)結(jié))和電介質(zhì)(硅導(dǎo)向器)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致納米天線的混合性質(zhì)。

當(dāng)天線使用時(shí)，在蝴蝶結(jié)中間產(chǎn)生的電場(chǎng)熱點(diǎn)大大增強(qiáng)了金的光致發(fā)光特性。這使研究人員能夠?qū)ξ⑿√炀€進(jìn)行成像并操縱光信號(hào)的方向。使用硅導(dǎo)向器意味著在整個(gè)天線中保持高偶極子強(qiáng)度，具有低耗散損耗。

“通過(guò)正確的相位差激勵(lì)幾個(gè)彼此靠近的偶極子，我們通過(guò)破壞性和相長(zhǎng)干涉增強(qiáng)了所需方向的輻射，”何解釋說(shuō)。“與以前的設(shè)計(jì)相比，這提高了方向性。”

該團(tuán)隊(duì)的下一步是創(chuàng)建一個(gè)納米天線，它將改變不同電信號(hào)下的發(fā)射方向。“想象nanoantennae陣列發(fā)射的光在不同方向上，產(chǎn)生從多個(gè)視點(diǎn)可見(jiàn)的高清晰度圖像”，增加了陽(yáng)。

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