【原】天线|澳大利亚国立大学研究出先进片上光学纳米天线，有望用于高速通信

近日，澳大利亚国立大学（ANU）研究团队展示了首次利用印在光波导的光学纳米天线进行超快速信息传输。该研究成果有望实现器件的高速数据传输，显著影响通信领域应用。该成果已发表于《科技进步》期刊。

研究背景

光学纳米天线为方向散射、极化转换和荧光增强等光波的先进操纵提供了可行路径。针对这些功能的研究主要集中于对自由空间或均匀衬底上的纳米天线，但它们与光波导的集成提供了与其他功能光学元件的重要“有线”连接。利用纳米天线的多功能性和优异的紧凑性，将其印在光波导上将显著提高光学片上器件的设计自由度和集成密度。然而，纳米天线是否可以满足高比特率信号传输而功能不退化是个重要问题，这是许多集成光学应用的核心目的。

研究意义

团队牵头人ANU大学教授Dragomir Neshev表示，“我们的亚微米尺寸天线可以将不同数据流（编码成光的不同偏振）排序和路由进入波导的不同方向，这对于任何通信链路用的相干接收机都非常重要。”

而且，更显著的成果是，该团队能够将该光学天线尺寸缩小到亚微米级别，这可能使光学元件以高密度集成到硅芯片上。

设计原理

该器件原理类似于“八木天线”，只在一个方向发射和收集无线电波。Neshev补充说：“我们天线的设计有效地将两个这样的天线整合在水平和垂直偏振中。”

以无线电波天线作类比，天线具有馈电元件，其连接到电缆，天线检测来自空气的电磁辐射并将其传输到电缆。在这个类比中，纳米天线的金纳米棒相当于馈电元件，光波导相当于电缆。

光学纳米天线通过等离子体激元工作。在等离子体激元中，入射光激发金属表面上的电子，使其以等离子体波形形式沿金属表面移动。这些等离子体波波长比最小波长的光更小。因此，可以使器件的尺寸比依赖于光的器件小得多。等离子体激元的出现使得光子集成电路更具可能，可以利用光子替代电子。

图 该器件将正交极化的光耦合到硅波导的不同方向和模式

试验结果

结果显示，该技术适用于控制ASK（幅移键控）NRZ（非归零）调制（10（Gb/s））的光信号，且无显著位错误率。研究结果表明，波导集成纳米天线有望用作高速率通信用超紧凑偏振多路解编片上器件。

未来工作

Neshev解释说，这项最新的研究非常不寻常，涉及了等离子体激元的专业知识，用于制造波导的硅光子学以及高速录传输的通信网络。但在该器件可以商业化开发之前，还需要进行更多的工程设计，整个结构需要与CMOS兼容，因此将采用另一种金属（可能是铝）替代金纳米棒。未来该图案退还将努力提高器件的传输效率。