Наноантенна

Полезная модель относится к радиофизике и служит для передачи излучения и его преобразования.
В качестве прототипа выбрана оптическая диэлектрическая наноантенна (пат. России на полезную модель №132573, от 20.09.2013, бюл. №26, МПК G02B 27/00 (2006.01). В82В 1/00 (2006.01), состоящая из точечного оптического источника и наночастицы, выполненной в виде шара с радиусом Rs субволновой величины, отличающаяся тем, что точечный оптический источник размещен в выемке на поверхности шара, выполненной в виде полусферы радиуса Rn, а наночастица изготовлена из материала с показателем преломления , где λ - длина волны излучения.
Недостатком данного устройства является малый диапазон рабочих длин волн.
В основу полезной модели поставлена задача расширить диапазон рабочих длин волн за счет изменения конструкции.
min
min
min
Задача решается тем, что наноантенна, включающая точечный оптический источник, дополнительно содержит точечный приемник излучения, основную полоску из проводящего материала, длиной l=λ/4, где λ - минимальная длина волны диапазона работы наноантенны, толщиной , где с - скорость света в вакууме; μ - абсолютная магнитная проницаемость проводящего материала; σ - проводимость проводящего материала, дополнительную полоску из проводящего материала, длиной l=λ/4, толщиной , причем точечный оптический источник и точечный приемник излучения подсоединены к верхней поверхности основной полоски из проводящего материала, основная полоска из проводящего материала подсоединена своей нижней поверхностью к верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала.
Общими с прототипом признаками технического решения являются:
- точечный оптический источник.
Отличительными признаками технического решения являются:
- основная полоска из проводящего материала,
- дополнительная полоска из проводящего материала,
- точечный приемник излучения.
min
max
max
min
Совокупность существенных признаков обеспечивает возможность работы наноантенны в диапазоне длин волн от λ до λ, где λ=2λ.
На чертеже представлена схема наноантенны.
min
min
min
min
Наноантенна содержит (чертеж) точечный оптический источник 1, точечный приемник излучения 2, основную полоску из проводящего материала 3, длиной l=λ/4 где λ - минимальная длина волны диапазона работы наноантенны, толщиной , где с - скорость света в вакууме; μ - абсолютная магнитная проницаемость проводящего материала; σ - проводимость проводящего материала, дополнительную полоску из проводящего материала 4, длиной l=λ/4, толщиной , причем точечный оптический источник 1 и точечный приемник излучения 2 подсоединены к верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3, основная полоска из проводящего материала 3 подсоединена своей нижней поверхностью к верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4, при этом основная полоска из проводящего материала 3 находится над дополнительной полоской из проводящего материала 4, а суммарная длина обеих полосок составляет λ/2.
min
max
min
min
min
min
min
max
min
max
max
min
min
max
max
min
max
Наноантенна работает следующим образом. При работе наноантенны в режиме передачи точечный приемник излучения 2 отключен, а точечный оптический источник 1 генерирует электромагнитную волну в диапазоне от λ до λ. Электромагнитная волна распространяется от точечного оптического источника 1 по верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3. Амплитуда электромагнитной волны с длиной волны λ, распространяющейся по поверхности проводящего материала, вследствие поверхностного эффекта [Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн / В.В. Никольский, Т.И. Никольская. - М.: Наука, 1989. - 544 с.], уменьшается в 2,7 раза при удалении от поверхности проводящего материала на расстояние . Если точечный оптический источник 1 генерирует электромагнитную волну с длиной волны λ, то от точечного оптического источника 1, до верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4, которая соединена своей верхней поверхностью с нижней поверхностью основной полоски из проводящего материала 3, отстоящей от верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3 на толщину полоски , доходит электромагнитная волна, длиной волны λ, с амплитудой, уменьшенной не менее чем в 7 раз. Из теории антенн [Шифрин Я.С. Антенны / Я.С. Шифрин. - М.: ВИРТА 1976. - 408 с.] известно, что оптимальная длина излучающей антенны должна составлять nλ/4, где n=1, 2, 3, …, где λ - длина волны излучаемого колебания. Так как электромагнитная волна от точечного источника излучения 1 с длиной волны λ уменьшается не менее чем в 7 раз, доходя до верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4, то для длины волны λ излучающей антенной будет выступать только основная полоска из проводящего материала 3, длина которой l=λ/4, что является оптимальной длиной антенны для данной длины волны. Если точечный оптический источник 1 генерирует электромагнитную волну с длиной волны λ=2λ, то от точечного оптического источника 1 до верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4, которая соединена своей верхней поверхностью с нижней поверхностью основной полоски из проводящего материала 3, отстоящей от верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3 на толщину полоски , доходит электромагнитная волна длиной волны λ, с амплитудой, уменьшенной менее чем в 3 раза. Поэтому для λ=2λ излучающей антенной будет выступать основная полоска из проводящего материала 3 в сочетании с дополнительной полоской из проводящего материала 4, общая длина которых составляет 2λ/4=λ/4, что является оптимальной длиной для длины волны λ. Для электромагнитной волны, с длиной волны λ, находящейся в диапазоне от λ до λ, ее амплитуда, в зависимости от длины волны λ, будет ослабляться в месте соединения основной полоски из проводящего материала 3 и дополнительной полоски из проводящего материала 4 от менее 3 до более 7 раз. Это в сочетании с уменьшением амплитуды электромагнитной волны, вследствие сопротивления проводящего материала, возникающего вследствие поверхностного эффекта, обеспечивает оптимальное значение длины излучающей антенны для всех длин волны λ.
min
max
min
min
min
min
min
min
min
min
max
max
max
max
min
max
max
min
max
При работе наноантенны в режиме приема точечный оптический источник 1 отключен, а на антенну воздействует внешняя электромагнитная волна с длиной волны от λ до λ. Внешняя электромагнитная волна взаимодействует одновременно с основной полоской из проводящего материала 3 и с дополнительной полоской из проводящего материала 4. Амплитуда внешней электромагнитной волны с длиной волны λ, распространяющейся по верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4, уменьшается не менее чем в 7 раз, проходя от верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4 к верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3, отстоящие друг от друга на толщину основной полоски из проводящего материала . Из теории антенн известно, что оптимальная длина принимающей антенны должна составлять nλ/4, где n=1, 2, 3, …, где λ - длина волны излучаемого колебания. Амплитуда внешней электромагнитной волны с длиной волны λ, взаимодействующей с дополнительной полоской из проводящего материала 4, уменьшается не менее чем в 7 раз для длины волны λ, доходя до верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3 от верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4. Поэтому в точечный приемник излучения 2 электромагнитная волна с длиной волны λ от верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4 практически не поступает. Взаимодействующая с верхней поверхностью основной полоски из проводящего материала 3, длиной l=λ/4, внешняя электромагнитная волна передается в точечный приемник излучения 2. Поэтому внешней волны с длиной волны λ принимающей антенной будет основная полоска из проводящего материала 3, длиной l=λ/4, что является оптимальной длиной для длины волны λ. Амплитуда внешней электромагнитной волны с длиной волны λ, взаимодействующей с дополнительной полоской из проводящего материала 4, уменьшается менее чем в 3 раза для длины волны λ, доходя до верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3 от верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4. Поэтому в точечный приемник излучения 2 поступает электромагнитная волна длиной волны λ с верхней поверхности дополнительной полоски из проводящего материала 4, а также электромагнитная волна с верхней поверхности основной полоски из проводящего материала 3. Общая длина приемной антенны для λ будет составлять 2λ/4=λ/4 является оптимальной длиной для длины волны λ. Для внешней электромагнитной волны, с длиной волны λ, находящейся в диапазоне от λ до λ, ее амплитуда, в зависимости от длины волны λ, будет ослабляться местом соединения основной полоски из проводящего материала 3 и дополнительной полоски из проводящего материала 4 от менее 3 до более 7 раз. Это, в сочетании, с уменьшением амплитуды электромагнитной волны, вследствие сопротивления проводящего материала, возникающего вследствие поверхностного эффекта, обеспечивает оптимальное значение длины принимающей антенны для всех длин волны λ.
min
max
Пример исполнения. Для λ=380 нм, λ=760 нм. В качестве точечного оптического источника может использоваться многослойный полупроводниковый светодиод, длина основной полоски из проводящего материала, которым может выступать медь, должна составлять 95 нм, а ее толщина - около 5 нм. В качестве точечного приемника излучения может использоваться многослойный р-n переход, длина дополнительной полоски из проводящего материала, которым может выступать медь, должна составлять 95 нм, а ее толщина около 5 нм.
Устройство обеспечивает расширение диапазона рабочих длин волн за счет введения дополнительных конструктивных элементов.