新颖同轴结构光纤射频天线研究

本项目针对光子射频天线的应用，探索一种新颖的光纤射频天线技术。采用同轴结构，将光波波导、等离激元波导和射频波导巧妙地结合起来，基于表面等离激元波将天线接收的射频信号调制至光波，从而实现射频信号的光子接收和远距离传送。项目从理论分析，数值仿真和实验三个方面，对光纤表面等离激元波技术、同轴结构表面等离激元电光调制器结构设计与制备及其与各种天线的组合进行深入系统的研究，以期解决射频信号对表面等离激元波的有效调制、介质同轴结构表面等离激元电光调制器能量的有效馈入及电光调制器与天线集成等光子射频天线中的关键技术，获得可实用化的光子射频接收天线方案。本项目的研究工作对于微波光子学的发展不仅具有重要的学术意义，而且具有潜在的实用价值。

互联网的高速发展、蜂窝电话大范围普及以及个人手持通信设备市场的持续增长使得高效的通信和数据接入成为信息系统的关键环节，低耗高效的射频信号接收机则成为宽带无线接入系统的一个关键部件。传统的电子学方法虽然在不断改进，但是基于光电子学的方案有望降低整机的重量、体积和功耗，且继承微波光子学的所有优点，减少各种微波频段的干扰。因此，研究利用光电子学手段接收或者检测微波信号具有极大的理论和实际意义。 本项目研究一种新颖光纤射频天线技术，将光纤和射频同轴线相结合，基于表面等离激元波将天线接收的射频信号调制至光波，从而实现射频信号的光子接收和远距离传送。从理论上研究微波、光波和等离子体波在光纤射频天线结构中的传播及三者之间的能量耦合机理，证明了藉由等离子体波可实现微波到光波的最有效调制；系统仿真了光域和电域同轴结构等离激元电光调制器的性能变化，实现了同轴结构表面等离激元电光调制器的结构设计与优化。在同轴结构表面等离激元电光调制器的理论仿真基础上，提出了多种基于表面等离子的新型光子器件，包括射频光子接收天线、波导、干涉仪、宽带和全光调制器等等，为基于表面等离子的各种应用打下基础。项目研究解决光子射频天线的关键技术，获得可实用化的光子射频接收天线方案，为我国在微波光子学前沿领域的研究做了积累。