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一分钟了解用于光计算的可控制光散射的硅基纳米天线

2018年05月17日 09:13 次阅读

光子作为电磁辐射的载体,既没有质量,也没有电荷。这意味着,光是相对难以控制的,不像例如电子那样可以通过施加恒定的电场进行控制。然而,一些如纳米天线等设备能够一定程度上实现电磁波的传播控制。一个需要“先进”的光处理的领域即发展光学计算机。在这些设备中,信息不是由电子携带的,而是由光子携带的。使用光而不是带电粒子有可能大大提高传输和处理信息的速度。实现这种类型的电脑需要一种具有在某种程度上施加一个恒定的电场或磁场或通过改变入射光的强度,就可进行操纵的特点的例如特定的纳米天线设备。

一分钟了解用于光计算的可控制光散射的硅基纳米天线

发表在《激光与光子学的评论》杂志上的一篇文章中,研究人员设计了一种新型的非线性纳米天线,其可以根据入射波强度进行改变光的散射方向(图1)。该研究提出的纳米天线的核心是硅纳米颗粒,其在严格的激光辐射下可产生电子等离子体。作者以前证明了使用这些纳米粒子进行非线性和超快控制光的可能性。研究人员然后设法操纵部分光进行前向和后向的辐射散射。现在,通过改变入射光的强度,他们已经找到了一种方法来把一个散射光约束在所需的方向。

一分钟了解用于光计算的可控制光散射的硅基纳米天线

旋转的纳米天线的辐射模式,采用硅等离子体激励机制。该研究中的纳米天线是一个直径不等的二聚体两硅球。利用弱激光进行照射,该天线将由于其不对称的形状进行光线的散射(如图2A蓝图)。可进行两个纳米粒子直径的选择,使一个粒子在激光的波长处实现共振。在强激光脉冲的照射下,会在共振粒子中产生电子等离子体,这会导致粒子的光学性质的变化。而其它的粒子是非共振的,强大的激光场对其的影响很小。一般来说,通过准确选择两个粒子的相对大小以及入射光束等参数(持续时间和强度)进行组合,甚至有可能让粒子几乎是相同的大小,从而天线会让光束反射(在图2a红色)。

“现有的光学纳米天线可以在相当宽的范围内进行光的控制。然而,这种能力通常是由于在它们的结构和组成它们的材料所带来的,因此它是不可能在任何时候进行配置这些特点的,”Denis Baranov说,他是莫斯科物理技术学院的研究生且是论文的第一作者。“然而我们研究的这种纳米天线的性质,是可以动态修改的。当我们用微弱的激光脉冲照射它时,我们会得到一个结果,但当用一个强烈的脉冲时,结果会是完全不同的。”科学家们对光的散射机理的数值模拟如图2(b)。仿真结果表明,当纳米天线由微弱的激光束进行照射时,光会散射到天线一侧。然而,当用强激光脉冲进行照射纳米天线时,会导致装置内的电子等离子体的散射图案旋转20度(红色线)。这就提供了一个实现入射脉冲在不同方向偏转弱或强的方法。

Sergey Makarov,他是彼得堡国立信息技术机械与光学大学纳米光子学和材料系的资深研究员,他说“在这项研究中,我们集中研究在测量尺寸小于200&TImes;200&TImes;500纳米的纳米光学芯片。这远小于一个携带信息的光子的波长。新的设备将使我们能够以相比基于电子的类似设备更好的速度上进行光的传播方向的改变。我们的设备将能够实现很短的时间内将一个信号分配到两个光信道,这对于现在通信系统来说是十分重要的。”

今天通过光纤进行信息的传播的速度已达到几百Gbit /s,而利用现代这些单个元件只有几个Gbit / s的速度的电子设备进行信号的处理非常慢。这里提出的非线性光学纳米天线可以解决这个问题,因为它工作在250 Gbit/s,这为光学信息的快速处理提供了方法。由研究人员开发的非线性天线提供了在纳米量级进行控制光的更多的机会,这也将是成功开发光子计算机和其他类似的设备所必需的。

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卫星的下行频信号一般有两种极化:线极化与螺旋极化 线极化又分为水平H极化和垂直V极化; 螺旋极化又分...

发表于 2017-12-13 16:10 334次阅读
卫星的线极化与螺旋极化解析

1.5m天线接收C、Ku波段卫星电视使用说明

如何用1.5m天线同时接收卫星上的C、Ku波段卫星电视节目,对众多的卫星电视接收爱好者来说是个努力探...

发表于 2017-12-13 15:37 500次阅读
1.5m天线接收C、Ku波段卫星电视使用说明

随环境而变化的特殊天线用途详述

移动通信直放站是为消除移动通信网的局部范围信号盲区或弱信号区而设计的通信设备。 直放站通常分为两种:...

发表于 2017-12-13 15:34 130次阅读
随环境而变化的特殊天线用途详述

DEMA中波短天线的工作原理与性能指标介绍

传统天线(classical antennas)是根据赫兹(Hertz)定理的半波长共振理论来设计的...

发表于 2017-12-13 15:30 205次阅读
DEMA中波短天线的工作原理与性能指标介绍

AP天线覆盖影响因素分析

一般的AP在空旷的环境下理论上有100米到300米的覆盖范围,在办公的环境下有35米到100米覆盖范...

发表于 2017-12-13 15:29 154次阅读
AP天线覆盖影响因素分析

移动通信中的智能天线设计介绍

天线作为移动通信的重要组成部分,在提高网络性能、改善网络质量等方面起着巨大的作用。天线技术发展迅速,...

发表于 2017-12-13 15:28 197次阅读
移动通信中的智能天线设计介绍

基站辐射比手机辐射还要强?

通信基站、变电站、加油站和加气站越来越多的站进入居民小区。对这些与生活休戚相关的公共设施,人们产生了...

发表于 2017-12-13 15:15 134次阅读
基站辐射比手机辐射还要强?

手机天线可保大脑免受辐射伤害

英国工程学教授格林发明了一种能保护大脑使其免受无线电波辐射的手机天线。 格林告诉法新社说:这是一种新...

发表于 2017-12-13 15:06 86次阅读
手机天线可保大脑免受辐射伤害

基于U2270B的射频识别系统天线设计分析

近年来,自动识别方法在服务领域、货物销售、后勤分配、商业、生产企业和材料流通等领域得到了快速的发展,...

发表于 2017-12-13 14:28 309次阅读
基于U2270B的射频识别系统天线设计分析

基于AR1900解决方案的PAS手机令人爱不释手

8月,先进无线解决方案供应商Atheros宣布,UTStarcom的超薄型X30 PAS手机将采用该...

发表于 2017-12-13 13:02 128次阅读
基于AR1900解决方案的PAS手机令人爱不释手

手机等移动终端产品的电视接收天线设计

自数字电视开播以来,各种电视接收产品也因应市场需求不断推出,举凡带有动态显示器的各种产品也均将导入电...

发表于 2017-12-13 12:28 169次阅读
手机等移动终端产品的电视接收天线设计

卫星干扰起因及改善的解决办法解析

全球卫星干扰正在恶化。在Broadcast Asia 2006卫星会议上,业界角逐者们研讨了引起干扰...

发表于 2017-12-13 12:27 232次阅读
卫星干扰起因及改善的解决办法解析

卫星天线的防雷保护设计解决方案

用于电视/宽带服务广播信号的通信卫星主要使用两个工作频段,即C、Ku。C频段的频率范围为4.0 GH...

发表于 2017-12-13 11:33 489次阅读
卫星天线的防雷保护设计解决方案

基于PCB的小天线设计

原因或许就是因为它们是无源器件,在RF信号通路中所起的作用看来不大。也可能是是因为设计师希望他们一直...

发表于 2017-12-13 11:32 176次阅读
基于PCB的小天线设计

自适应阵列天线的简要介绍

在移动通信系统中,系统的容量是比较重要的一个指标。为了提高系统的容量,一般都采用分集、编码增益等一系...

发表于 2017-12-13 11:16 324次阅读
自适应阵列天线的简要介绍

智能天线在3G系统中的应用简介

在向第3代移动通信系统(3G)发展过程中,迅速增加的业务量和有限的频谱资源之间的矛盾日益突出。 运营...

发表于 2017-12-13 10:44 158次阅读
智能天线在3G系统中的应用简介

新型天线设计-等离子天线技术优点分析

天线是所有射频通讯系统的重要部分。射频信号的收发从一般的广播到各种复杂的武器系统,其共同点都是使用一...

发表于 2017-12-13 10:31 92次阅读
新型天线设计-等离子天线技术优点分析

基于基站的智能天线和空间分集接收技术分析

本文分析了信道的空时传输特性以及CDMA系统存在的主要问题,由此给出了智能天线和空间分集接收技术的...

发表于 2017-12-13 10:30 195次阅读
基于基站的智能天线和空间分集接收技术分析