專利名稱：一種基于光學(xué)天線的片上無線光通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種集成光學(xué)與光通信技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體是ー種基于光學(xué)天線的片上無線光通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在射頻通信領(lǐng)域，微波天線可以實(shí)現(xiàn)局域場(chǎng)與傳播場(chǎng)之間的轉(zhuǎn)化，在發(fā)射端可以將局域場(chǎng)轉(zhuǎn)換成傳播場(chǎng)發(fā)送，而在接收端將經(jīng)過一段距離傳輸后的傳播場(chǎng)轉(zhuǎn)換為局域場(chǎng)。這ー應(yīng)用早已深入我們的日常生活之中，例如手機(jī)與廣播電視系統(tǒng)等。而在光波頻段，現(xiàn)有 的關(guān)于光學(xué)天線的報(bào)道與發(fā)明，多是基于大型的傳統(tǒng)光學(xué)器件，如ー種包含拋物面支撐體的反射式天線(專利申請(qǐng)?zhí)?2111920. 1)，又如采用多反射鏡拼接與卡式縮束系統(tǒng)的光學(xué)天線(專利申請(qǐng)?zhí)?01110141158.7)以及采用超廣角鏡頭與多軸光纖調(diào)整架的光學(xué)通信裝置(美國(guó)專利號(hào)6912360)。這些關(guān)于光學(xué)天線的設(shè)計(jì)只適用于較大的光學(xué)范圍，諸如成像雷達(dá)系統(tǒng)。另ー方面，信息社會(huì)的發(fā)展導(dǎo)致爆炸式增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量對(duì)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬與響應(yīng)速度提出了日益苛刻的要求，伴隨著集成光學(xué)與現(xiàn)代精密加工エ藝的飛速進(jìn)步，片上集成光學(xué)器件的尺度也隨之不斷小型化，達(dá)到亞波長(zhǎng)量級(jí)。在這ー量級(jí)上，要實(shí)現(xiàn)光學(xué)天線需要將光波定域耦合在亞波長(zhǎng)尺度，而以透鏡為代表的傳統(tǒng)光學(xué)器件由于受到衍射極限的限制，將無法做到這一點(diǎn)。因此，上述有關(guān)的光學(xué)天線設(shè)計(jì)與系統(tǒng)構(gòu)想也將不再適用于亞波長(zhǎng)尺度的片上集成光通信系統(tǒng)。經(jīng)對(duì)集成光學(xué)與光通信領(lǐng)域技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有關(guān)于光學(xué)天線的研究多是針對(duì)其共振特性與光學(xué)近場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)(參考文獻(xiàn)1，2)，有關(guān)利用光學(xué)天線自身遠(yuǎn)場(chǎng)輻射特性并應(yīng)用于集成光學(xué)片上數(shù)據(jù)通信的研究則十分缺乏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有構(gòu)想與技術(shù)的不足，利用光學(xué)天線自身的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射特性，提出了一種基于光學(xué)天線的片上無線光通信系統(tǒng)。本發(fā)明ー種基于光學(xué)天線的片上無線光通信系統(tǒng)，包括光學(xué)天線發(fā)射基站、反射単元、光學(xué)天線中繼單元以及光學(xué)天線接收終端。所述光學(xué)天線發(fā)射基站、反射単元、光學(xué)天線中繼單元以及光學(xué)天線接收終端按所列順序沿通信傳輸光路依次排放在非金屬襯底之上，空間位置關(guān)系，由光學(xué)天線發(fā)射基站、光學(xué)天線中繼単元與光學(xué)天線接收終端中采用的光學(xué)天線結(jié)構(gòu)及其遠(yuǎn)場(chǎng)定向輻射圖所決定，具體滿足
tan 4 = ci2 tan θ2，其中A是反射單元與非金屬襯底之間的垂直距離，d,代表反射單元與其相鄰的光學(xué)天線發(fā)射基站或上一級(jí)中繼単元的水干距離，名代表反射単元與其相鄰的光學(xué)天線接收終端或下一級(jí)中繼単元的水平距離I力與反射単元相鄰的光學(xué)天線發(fā)射基站或上一級(jí)中繼単元中光學(xué)天線定向輻射特性最強(qiáng)的角度，ら為與反射単元相鄰的光學(xué)天線接收終端或下一級(jí)中繼単元中光學(xué)天線定向輻射特性最強(qiáng)的角度。所述光學(xué)天線發(fā)射基站、反射単元、光學(xué)天線中繼単元與光學(xué)天線接收終端均由金屬材料構(gòu)成。所述光學(xué)天線發(fā)射基站、反射単元、光學(xué)天線中繼単元和光學(xué)天線接收終端的個(gè)數(shù)可以調(diào)整，既可以為ー個(gè)，也可以為多個(gè)。所述光學(xué)天線發(fā)射基站、光學(xué)天線中繼単元與光學(xué)天線接收終端所用金屬材料其結(jié)構(gòu)包括棒狀結(jié)構(gòu)、孔狀結(jié)構(gòu)、球狀結(jié)構(gòu)、三角型結(jié)構(gòu)、螺旋形結(jié)構(gòu)以及由所述五種結(jié)構(gòu)或其中幾種結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的組合結(jié)構(gòu)或周期性陣列。所述的光學(xué)天線基站、光學(xué)天線中繼単元與光學(xué)天線接收終端的空間尺度范圍j與片上通信的工作波長(zhǎng)ス在同一量級(jí)。本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明利用光學(xué)天線本身遠(yuǎn)場(chǎng)定向輻射特性，采用片 上系統(tǒng)集成的方式，提出基于光學(xué)天線的片上無線光通信系統(tǒng)，能夠大大降低光通信網(wǎng)絡(luò)中器件的串?dāng)_與功耗，同時(shí)使得系統(tǒng)空間響應(yīng)突破衍射極限達(dá)到亞波長(zhǎng)尺度并大范圍提高片上集成度，進(jìn)而提高整個(gè)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬與響應(yīng)速度。此外，采用多個(gè)光學(xué)天線中繼單元還可以大大擴(kuò)展片上數(shù)據(jù)傳輸?shù)目臻g范圍。


圖I為本發(fā)明基于光學(xué)天線的片上無線光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖2為實(shí)施例所述光學(xué)天線基站結(jié)構(gòu)示意 圖3為實(shí)施例所述光學(xué)天線遠(yuǎn)場(chǎng)輻射圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說明本實(shí)施方式案例以本發(fā)明提出的基于光學(xué)天線的片上無線光通信系統(tǒng)為前提，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于下述實(shí)施方式與案例。如圖I所示，一種基于光學(xué)天線的片上無線光通信系統(tǒng)包括光學(xué)天線發(fā)射基站
I、反射単元、光學(xué)天線中繼單元以及光學(xué)天線接收終端4。所述光學(xué)天線發(fā)射基站I、第一反射単元2-1、第一光學(xué)天線中繼単元3-1、第二反射単元2-2、第二光學(xué)天線中繼単元3-2、第三反射単元2-3以及光學(xué)天線接收終端4按所列順序沿通信傳輸光路依次排放在非金屬襯底5之上。光學(xué)天線發(fā)射基站、反射単元、光學(xué)天線中繼単元與光學(xué)天線接收終端均由金構(gòu)成。如圖2所示，光學(xué)天線發(fā)射基站I包括兩根長(zhǎng)度為IOOnm直徑為20nm的金納米棒6和位于光學(xué)天線饋隙用于激發(fā)天線的量子點(diǎn)光源7固定在非金屬襯底上。光學(xué)天線基站、光學(xué)天線中繼単元與光學(xué)天線接收終端的空間尺度為200nm與片上通信的工作波長(zhǎng)65 —
在同一量級(jí)。光學(xué)天線發(fā)射基站、反射単元、光學(xué)天線中繼単元和光學(xué)天線接收終端的空間位置關(guān)系，由光學(xué)天線發(fā)射基站、光學(xué)天線中繼単元與光學(xué)天線接收終端中采用的光學(xué)天線結(jié)構(gòu)及其遠(yuǎn)場(chǎng)定向福射圖所決定，具體滿足A = tail ^ = tan θ2 ,其中A是反射單元與非金屬襯底之間的垂直距離，Cl1,も代表反射単元與其相鄰的光學(xué)天線發(fā)射基站(或上ー級(jí)中繼單元)和光學(xué)天線接收終端(或下一級(jí)中繼単元)的水平距離。為為與反射単元相鄰的光學(xué)天線發(fā)射基站(或上一級(jí)中繼単元)和光學(xué)天線接收終端(或下一級(jí)中繼単元)中光學(xué)天線定向輻射特性最強(qiáng)的角度。如圖3所示，金屬光學(xué)天線的存在對(duì)量子點(diǎn)光源的功率輻射圖產(chǎn)生了顯著的定向調(diào)制作用，增強(qiáng)了方向性。光學(xué)天線中繼単元與光學(xué)天線接收終端采用與光學(xué)天線發(fā)射基站相同的金納米棒半波天線結(jié)構(gòu)。因此，與反射単元相鄰的光學(xué)天線發(fā)射基站(或上一級(jí)中繼単元)和光學(xué)天線接收終端(或下一級(jí)中繼単元)中光學(xué)天線
定向輻射特性最強(qiáng)的角度巧=ち=30°。同時(shí)根據(jù)互易定理，光學(xué)天線中繼単元與接收終端
也可以定向接受從光學(xué)天線基站或上一級(jí)中繼單元經(jīng)反射単元反射而來的光信號(hào)。此外，也可以在中繼單元處上載新的需要向之后光學(xué)天線中繼単元與接收終端傳輸?shù)墓庑盘?hào)。這樣就實(shí)現(xiàn)了基于光學(xué)天線的片上無線通信。
權(quán)利要求
1.一種基于光學(xué)天線的片上無線光通信系統(tǒng)，其特征在干包括光學(xué)天線發(fā)射基站、反射単元、光學(xué)天線中繼單元以及光學(xué)天線接收終端，所述光學(xué)天線發(fā)射基站、反射単元、光學(xué)天線中繼單元以及光學(xué)天線接收終端按所列順序沿通信傳輸光路依次排放在非金屬襯底之上，空間位置關(guān)系，由光學(xué)天線發(fā)射基站、光學(xué)天線中繼単元與光學(xué)天線接收終端中采用的光學(xué)天線結(jié)構(gòu)及其遠(yuǎn)場(chǎng)定向輻射圖所決定，具體滿足Η = ι \θι= d2 tan θ2，其中ヵ是反射單元與非金屬襯底之間的垂直距離，￠/,代表反射單元與其相鄰的光學(xué)天線發(fā)射基站或上一級(jí)中繼単元的水平距離，名代表反射単元與其相鄰的光學(xué)天線接收終端或下一級(jí)中繼単元的水平距離，^為與反射単元相鄰的光學(xué)天線發(fā)射基站或上一級(jí)中繼単元中光學(xué)天線定向輻射特性最強(qiáng)的角度，A為與反射単元相鄰的光學(xué)天線接收終端或下一級(jí)中繼単元中光學(xué)天線定向輻射特性最強(qiáng)的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于光學(xué)天線的片上無線光通信系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)天線發(fā)射基站、反射単元、光學(xué)天線中繼単元與光學(xué)天線接收終端均由金屬材料構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于光學(xué)天線的片上無線光通信系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)天線發(fā)射基站、反射単元、光學(xué)天線中繼単元和光學(xué)天線接收終端的個(gè)數(shù)可以調(diào)整，既可以為ー個(gè)，也可以為多個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于光學(xué)天線的片上無線光通信系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)天線發(fā)射基站、光學(xué)天線中繼単元與光學(xué)天線接收終端所用金屬材料其結(jié)構(gòu)包括棒狀結(jié)構(gòu)、孔狀結(jié)構(gòu)、球狀結(jié)構(gòu)、三角型結(jié)構(gòu)、螺旋形結(jié)構(gòu)以及由所述五種結(jié)構(gòu)或其中幾種結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的組合結(jié)構(gòu)或周期性陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于光學(xué)天線的片上無線光通信系統(tǒng)，其特征在于所述的光學(xué)天線基站、光學(xué)天線中繼単元與光學(xué)天線接收終端的空間尺度范圍ガ與片上通信的工作波長(zhǎng)ス在同一量級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光學(xué)天線的片上無線光通信系統(tǒng)，現(xiàn)有關(guān)于光學(xué)頻段天線的發(fā)明與研究多是基于諸如透鏡、反射鏡等傳統(tǒng)光學(xué)器件，這些設(shè)計(jì)只適用于較大的光學(xué)范圍。本發(fā)明利用金屬光學(xué)天線自身的定向輻射特性，采用片上系統(tǒng)集成的方式，將光學(xué)天線發(fā)射基站、反射單元、光學(xué)天線中繼單元以及光學(xué)天線接收終端構(gòu)成基于光學(xué)天線的片上無線光通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠大大降低通信網(wǎng)絡(luò)中器件的串?dāng)_與功耗，同時(shí)使得系統(tǒng)空間響應(yīng)大大減小達(dá)到亞波長(zhǎng)量級(jí)，進(jìn)而提高整個(gè)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬與響應(yīng)速度。
文檔編號(hào)H01Q1/24GK102694594SQ20121014736
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者仇旻, 李強(qiáng), 楊源清 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)