纳米光学天线

纳米光学天线optical nanoantennas

天线是用于接收和辐射电磁场的工具，应用十分广泛，在光学波段可以利用光学天线在纳米尺度对光进行调控。这就是纳米光学天线。
调控光的首要前提是要用光子取代电子，需要一种简单的光子的控制手段。相对来说，电子可以简单地通过施加电场来对其进行控制，而光子既不具有质量也不具有电荷，要对其进行控制不是一件简单的事。导波管能够容纳光子并长距离地引导它向指定方向移动。纳米天线的工作原理则不同，它不是引导光，而是按特定方向反射光子。像普通天线一样，纳米光学天线的方向性由材料和几何形状决定。
纳米光学天线一般由硅纳米颗粒组成。当硅纳米颗粒受到光照射时，它们会产生电子等离子体。该等离子体仅仅是一束传导电子，当它吸收光时会进入到半导体导带中。表面等离子体激元是这些自由电子的特殊振荡形式，这种等离子体激发机制正是纳米天线的光子偏转工作原理。不过，这些振荡只有在自由电子的密度相当大时才会产生。本质上说，入射光越强，光子偏转角度越大。
纳米光学天线是基于表面等离子共振的光子器件。在等离子体激元中，金属表面电子受到入射光激发，并以等离子波形式开始移动穿过金属表面。这些等离子共振波长要远小于最短的光波，从而使得器件的尺寸可以做到比本身依赖光的器件要小。基于这样一个工作原理，光子已取代电子，并创建了光子集成电路。
纳米光学天线与传统天线相比，首先在维度上是最小尺度，可以达到亚微米级。这样的纳米天线有助于在硅芯片上实现光子元件的高密度集成。