一种小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线制造技术

本发明专利技术提供一种小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线，属于天线技术领域，包括由包覆层(2)包覆在内的反射光栅(3)和波导阵列，其中反射光栅(3)设置于波导阵列的下方；所述波导阵列至少由一组波导(1)和辐射光栅(4)组成，利用辐射光栅(4)将波导(1)中的光辐射到自由空间中并利用反射光栅(3)将辐射光栅(4)向下辐射的光向上反射。本发明专利技术有效地减小目前硅基激光相控阵中天线单元的尺寸，抑制双向辐射，提高辐射效率，在空间激光通信和激光雷达领域中具有重要应用。

A miniaturized dielectric optical nanoantenna for suppressing bidirectional radiation

The invention provides a miniaturized dielectric optical nanoantenna for suppressing bidirectional radiation, belonging to the field of antenna technology, comprising a reflective grating (3) and a waveguide array covered by a cladding layer (2), in which the reflective grating (3) is arranged below the waveguide array, and the waveguide array consists of at least a group of waveguides (1) and a radiation grating (4). Radiation grating (4) is used to radiate light from waveguide (1) into free space, and reflection grating (3) is used to reflect light from radiation grating (4) downward to upward. The invention effectively reduces the size of the antenna unit in the current silicon-based laser phased array, suppresses bidirectional radiation and improves radiation efficiency, and has important applications in the field of space laser communication and lidar.

【技术实现步骤摘要】
一种小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线
本专利技术属于天线
，涉及一种小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线。
技术介绍
硅基激光相控阵具有体积小，重量轻，响应速度快，扫描范围大，与CMOS工艺相兼容等优点，可以实现大规模集成和量产。光天线单元的尺寸和辐射特性对激光相控阵的规模和辐射特性具有重要影响，目前的激光相控阵天线单元尺寸大，限制了激光相控阵的扫描范围，天线单元还存在双向辐射，作为发射天线时，会干扰其他设备，作为接收天线时，会受到其他设备的干扰。申请号为CN201511004760.0的“一种光学相控阵”公开了一种光学相控阵，使用弧形光栅纳米天线单元，不涉及直光栅纳米天线单元和抑制双向辐射等。申请号：CN201620134999.3的“一种宽带纳米天线”公开了一种阿基米德螺旋纳米天线，不涉及光栅纳米天线。申请号为US200600088238A1的“光天线”公开了一种包含光天线的收发系统，不涉及具体的天线形式。经非专利文献检索，文献“波导馈光的光混合等离子体激元贴片纳米天线，”(OpticsExpress，Vol.20，no.16，2012，pp18326-18335)提出了一种在1550nm的标准电信波长下工作新型光学混合等离子体激元贴片纳米天线，天线由金属和介质构成，不涉及介质光纳米天线和双向辐射。文献“大规模纳米光子相控阵，”(Nature，Vol.493，no.7431，2013，pp195-199)64×64天线阵列和8×8光相控阵，不涉及直光栅，小型化和抑制双向辐射等。文献“工作在红外和可见光波长的大规模氮化硅纳米光子相控阵，”(OpticsLetters,Vol.42，no.1，pp21–24)分别工作于1550nm和635nm的两种超大孔径光相控阵，不涉及波束扫描和抑制双向辐射等。目前，在国内外的报道中，未见具有辐射光栅和反射光栅结构的小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线单元。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题是，如何设计基于光栅结构的小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线单元，以抑制双向辐射的问题。用于解决课题的技术手段是，本专利技术提出一种小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线，将硅基激光相控阵天线单元间距从6倍波长降低到最小1.3倍波长，抑制了双向辐射，辐射效率提高到87.6％。一种小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线，包括由包覆层包覆在内的反射光栅和波导阵列，其中反射光栅设置于波导阵列的下方；所述波导阵列至少由一组波导和辐射光栅组成，利用辐射光栅将波导中的光辐射到自由空间中并利用反射光栅将辐射光栅向下辐射的光向上反射。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案：所述波导阵列包括四组波导和辐射光栅。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案：所述辐射光栅采用直光栅结构。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案：所述波导由硅和二氧化硅材料构成。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案：所述天线工作在1550nm。专利技术效果为：本专利技术的小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线，与现有技术相比的优点在于：1、天线采用直光栅结构，具有波长量级的尺寸。2、天线的波导由低损耗的硅和二氧化硅材料构成，实现了87.6％的辐射效率。3、天线的双向辐射得到了有效地抑制。4、能够构建可大规模扩展的紧凑的激光相控阵，实现宽范围扫描。因此本专利技术的小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线，将有效地减小目前硅基激光相控阵中天线单元的尺寸，抑制双向辐射，提高辐射效率和提高天线增益，在空间激光通信和激光雷达领域中将具有重要应用。附图说明图1为本专利技术天线的三维结构图；图2为本专利技术天线采用1×4波导阵列的三维结构图；图3为本专利技术天线的二维辐射方向图；图4为本专利技术天线采用1×4波导阵列的二维辐射方向图。具体实施方式以下，基于附图针对本专利技术进行详细地说明。如图1所示，本专利技术设计了一种小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线，包括由包覆层2包覆在内的反射光栅3和波导阵列，其中反射光栅3设置于波导阵列的下方；所述波导阵列至少由一组波导1和辐射光栅4组成。如图2所示，本实施例中所述波导阵列包括四组波导1和辐射光栅4，四个波导1在一列中分四行依次排列，四个辐射光栅4对应排列于各波导1的右侧。优选地，所述辐射光栅4采用直光栅结构，使其具有波长量级的尺寸。且所述波导1由硅和二氧化硅材料构成，可提高辐射效率。及通过以上具有波长量级尺寸的结构，使得天线在x-o-y面上的投影尺寸为3.91μm×1.5μm，可实现87.6％的辐射效率，没有产生双向辐射。本专利技术所描述的小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线的工作原理为：利用新型的直光栅结构设计了小型化的辐射光栅4，将波导1中的光辐射到自由空间中。及通过在辐射光栅4下方设计反射光栅3，将辐射光栅4向下辐射的光向上反射，将硅基激光相控阵天线单元间距从6倍波长降低到最小1.3倍波长，从而抑制了双向辐射，同时提高了向上辐射的能量和辐射效率，提高增益。本实施例给出仿真数据如下：图3是本专利技术在1550nm处天线的二维辐射方向图，增益12.7dB，没有产生双向辐射。图4是本专利技术天线在1550nm处1×4波导阵列的二维辐射方向图。增益17.4dB，没有产生双向辐射。综上，本专利技术小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线单元将有效地减小目前硅基激光相控阵中天线单元的尺寸，抑制双向辐射，提高辐射效率，在空间激光通信和激光雷达领域中将具有重要应用。需要说明的是，以上说明仅是本专利技术的优选实施方式，应当理解，对于本领域技术人员来说，在不脱离本专利技术技术构思的前提下还可以做出若干改变和改进，这些都包括在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线，其特征在于，包括由包覆层(2)包覆在内的反射光栅(3)和波导阵列，其中反射光栅(3)设置于波导阵列的下方；所述波导阵列至少由一组波导(1)和辐射光栅(4)组成，利用辐射光栅(4)将波导(1)中的光辐射到自由空间中并利用反射光栅(3)将辐射光栅(4)向下辐射的光向上反射。

【技术特征摘要】
1.一种小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线，其特征在于，包括由包覆层(2)包覆在内的反射光栅(3)和波导阵列，其中反射光栅(3)设置于波导阵列的下方；所述波导阵列至少由一组波导(1)和辐射光栅(4)组成，利用辐射光栅(4)将波导(1)中的光辐射到自由空间中并利用反射光栅(3)将辐射光栅(4)向下辐射的光向上反射。2.根据权利要求1所述的小型化抑制双向辐射的介质光纳米天线，...

【专利技术属性】
技术研发人员：董涛，徐月，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11