圓極化光學(xué)天線的計(jì)算與研究.pdf

1、納米光學(xué)天線是近年來剛剛興起的一門新興學(xué)科，其工作頻段處于光頻段，與工作在射頻頻段的傳統(tǒng)天線主要差別在于其采用的構(gòu)建材料有較強(qiáng)的吸收以及獨(dú)特的色散特性，在可見光和近紅外區(qū)，其采用的貴金屬材料的介電常數(shù)的實(shí)部為負(fù)，從而導(dǎo)致表面等離子體共振現(xiàn)象，出現(xiàn)了與采用可以看成理想導(dǎo)體的金屬材料的傳統(tǒng)天線不同的獨(dú)特特性。在量子信息技術(shù)，生命科學(xué)研究，生物傳感等領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用價(jià)值。由于傳統(tǒng)天線經(jīng)過了一百多年的發(fā)展過程，已經(jīng)建立了成熟的設(shè)計(jì)和測(cè)試的體

2、系。因此，在研究光學(xué)天線時(shí)，借鑒傳統(tǒng)天線的概念和設(shè)計(jì)方法，是十分必要的，但不能不假思索的直接套用傳統(tǒng)天線的結(jié)果。 本文通過回顧幾種常見的線極化天線指出了納米天線與傳統(tǒng)天線異同點(diǎn)，探討了形狀，尺寸等因素對(duì)天線性能的影響;計(jì)算了幾種不同結(jié)構(gòu)的圓極化光學(xué)天線，并優(yōu)化和分析了圓極化六臂螺旋光學(xué)天線，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了一種具有單向輻射特性的納米折射率傳感器，具體內(nèi)容如下:
　　本文首先回顧了雙納米棒偶極子，蝴蝶結(jié)形，雙錐形三種常見

3、的線極化納米天線，分析了不同結(jié)構(gòu)、尺寸等因素對(duì)天線性能影響。并與采用理想導(dǎo)體的傳統(tǒng)天線進(jìn)行比較，探討了納米天線與傳統(tǒng)天線異同，為納米天線設(shè)計(jì)的提供了理論線索。
　　其次本文計(jì)算了兩種寬帶圓極化螺旋天線:平面等角螺旋天線和平面等距螺旋天線。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)并優(yōu)化了具有背腔結(jié)構(gòu)的圓極化六臂螺旋光學(xué)天線。仿真結(jié)果表明:天線可以在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)之間實(shí)現(xiàn)線極化到圓極化的轉(zhuǎn)換，具有接近于1的軸比，并具有單向輻射特性，而近場(chǎng)場(chǎng)增強(qiáng)也可以到30倍

4、左右。
　　最后本文設(shè)計(jì)了一種折射率傳感器，它是由圓柱形金屬-介質(zhì)-金屬夾層結(jié)構(gòu)的探頭和具有背腔結(jié)構(gòu)的六臂螺旋天線兩部分構(gòu)成，其中探頭放置于螺旋天線的中央圓孔內(nèi)，探頭夾層填充待測(cè)材料，這樣通過測(cè)量傳感器的遠(yuǎn)場(chǎng)可得知探頭夾芯層即傳感區(qū)的折射率。
　　仿真結(jié)果表明:這種納米折射率探頭借助螺旋天線可將納米探頭的傳感信號(hào)放大千倍以上，激勵(lì)光路與測(cè)量光路互逆，極化方向相互垂直，可有效的抑制激勵(lì)光源所帶來的干擾，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)體積為數(shù)干