[发明专利]一种基于低折射率慢光共振的高定向光学天线

说明书

一种基于低折射率慢光共振的高定向光学天线，利用周期性介质阵列制成谐振器，获得低有效折射率的慢光共振效应，在谐振器中传播波长λ大于真空中传输波长λ₀，且光群速v_g小于真空中光速c；通过外加在谐振波段不透明的反射装置，在共振频率下电磁波在所述谐振器中激发出被拉伸的驻波谐振，通过调节反射装置与谐振器之间的距离D，消除沿入射方向的正向和反向散射，从而使共振场能量沿横向方向出射，获得高方向性的横向准直光辐射。本发明设计灵活，鲁棒性好，高方向性，能量转换效率高，解决了现有光学天线技术存在的问题，提高了周期性介质光学天线在微纳集成领域的实际推广和应用。

技术领域

本发明涉及一种基于低折射率慢光共振的控制电磁波定向发射的天线方法，属于光学天线技术领域。

背景技术

纳米光学和等离子体的发展使在微纳尺度上操纵电磁波的光学天线成为新的研究热点。基于增强近场效应和多模干涉控制远场辐射的定向光传输特性，光学谐振纳米颗粒搭建起连接宏观和微观世界的桥梁。不同于金属基高损耗的等离子体共振，以及要求高折射率和亚波长尺寸的介质颗粒的Mie共振,和窄带宽的零折射率超材料，周期性介质阵列,如光子晶体，以灵活多变的能带调节性质、低损耗和易制备等优点在光学天线设计方面表现出巨大的潜力。

目前已有的周期性介质阵列天线通常基于全反射原理，被用作反射器、基板或高阻抗接地平面，以增强腔共振辐射器的辐射性能和辐射效率。但由于周期性介质阵列和空气或其他介质间的阻抗不匹配造成了能量转换效率不高的问题，极大阻碍了其在微纳集成领域的实际推广和应用。而且单个有限尺寸谐振器的物理性质往往与无限状态不同，一旦与外界其他装置相互作用，将偏离初始理论结果。

基于上述情况，本领域技术人员一直亟待找到一种设计灵活，鲁棒性好、能量转换效率高的可用于微纳领域的高定向光天线设计方案。

发明内容

基于现有光学天线存在的能量转换效率不高，辐射光散射严重的问题，本发明提供一种易调节、鲁棒性好、能量转换效率高的基于低折射率慢光共振的高定向光学天线。

本发明的基于低折射率慢光共振的高定向光学天线，采用以下技术方案。

利用周期性介质阵列制成谐振器，获得低有效折射率的慢光共振效应，在谐振器中传播波长λ大于真空中传输波长λ₀，且光群速v_g小于真空中光速c；外加在谐振波段不透明(不传导)的反射装置，在共振频率下电磁波在所述谐振器中激发出被拉伸的驻波谐振，通过调节反射装置与谐振器之间的距离D，消除沿入射方向的正向和反向散射，从而使共振场能量沿横向方向发射，获得高方向性的横向准直光辐射。

所述谐振器为矩形谐振器。

所述谐振器尺寸为其基频谐振波长的一半。

所述低有效折射率是指折射率n_eff小于0.2。

所述在谐振器中传播波长λ大于真空中传输波长λ₀是指传播波长λ大于5λ₀。

所述光群速v_g小于真空中光速c是指光群速v_g小于0.2c。

本发明设计灵活，光学天线的鲁棒性好，高方向性，能量转换效率高，解决了现有光学天线技术存在的问题，提高了光学天线在微纳集成领域的实际推广和应用。

附图说明

图1是本发明中基于低折射率慢光共振的高定向光学天线的工作原理示意图。

图2是本发明实施例中的基于低折射率体慢光共振的微波高定向光学天线的结构示意图，其中(a)为侧视图，(b)为三维立体图。