CN102694594B - 一种基于光学天线的片上无线光通信系统 - Google Patents
一种基于光学天线的片上无线光通信系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102694594B CN102694594B CN201210147362.4A CN201210147362A CN102694594B CN 102694594 B CN102694594 B CN 102694594B CN 201210147362 A CN201210147362 A CN 201210147362A CN 102694594 B CN102694594 B CN 102694594B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical antenna
- optical
- trunk unit
- base station
- receiving terminal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 153
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
- H04B10/114—Indoor or close-range type systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于光学天线的片上无线光通信系统，现有关于光学频段天线的发明与研究多是基于诸如透镜、反射镜等传统光学器件，这些设计只适用于较大的光学范围。本发明利用金属光学天线自身的定向辐射特性，采用片上系统集成的方式，将光学天线发射基站、反射单元、光学天线中继单元以及光学天线接收终端构成基于光学天线的片上无线光通信系统。该系统能够大大降低通信网络中器件的串扰与功耗，同时使得系统空间响应大大减小达到亚波长量级，进而提高整个光纤通信网络的传输带宽与响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成光学与光通信技术领域的系统，具体是一种基于光学天线的片上无线光通信系统。
背景技术
在射频通信领域，微波天线可以实现局域场与传播场之间的转化，在发射端可以将局域场转换成传播场发送，而在接收端将经过一段距离传输后的传播场转换为局域场。这一应用早已深入我们的日常生活之中，例如手机与广播电视系统等。而在光波频段，现有的关于光学天线的报道与发明，多是基于大型的传统光学器件，如一种包含抛物面支撑体的反射式天线（专利申请号02111920.1），又如采用多反射镜拼接与卡式缩束系统的光学天线（专利申请号201110141158.7）以及采用超广角镜头与多轴光纤调整架的光学通信装置（美国专利号6912360）。这些关于光学天线的设计只适用于较大的光学范围，诸如成像雷达系统。
另一方面，信息社会的发展导致爆炸式增长的数据量对光纤通信网络的传输带宽与响应速度提出了日益苛刻的要求，伴随着集成光学与现代精密加工工艺的飞速进步，片上集成光学器件的尺度也随之不断小型化，达到亚波长量级。在这一量级上，要实现光学天线需要将光波定域耦合在亚波长尺度，而以透镜为代表的传统光学器件由于受到衍射极限的限制，将无法做到这一点。因此，上述有关的光学天线设计与系统构想也将不再适用于亚波长尺度的片上集成光通信系统。
经对集成光学与光通信领域技术文献的检索发现，现有关于光学天线的研究多是针对其共振特性与光学近场增强效应（参考文献1,2），有关利用光学天线自身远场辐射特性并应用于集成光学片上数据通信的研究则十分缺乏。
发明内容
本发明针对上述现有构想与技术的不足，利用光学天线自身的远场辐射特性，提出了一种基于光学天线的片上无线光通信系统。
本发明一种基于光学天线的片上无线光通信系统，包括光学天线发射基站、反射单元、光学天线中继单元以及光学天线接收终端。所述光学天线发射基站、反射单元、光学天线中继单元以及光学天线接收终端按所列顺序沿通信传输光路依次排放在非金属衬底之上, 空间位置关系，由光学天线发射基站、光学天线中继单元与光学天线接收终端中采用的光学天线结构及其远场定向辐射图所决定，具体满足 ,其中h是反射单元与非金属衬底之间的垂直距离，d 1 代表反射单元与其相邻的光学天线发射基站或上一级中继单元的水平距离, d 2 代表反射单元与其相邻的光学天线接收终端或下一级中继单元的水平距离。为与反射单元相邻的光学天线发射基站或上一级中继单元中光学天线定向辐射特性最强的角度, 为与反射单元相邻的光学天线接收终端或下一级中继单元中光学天线定向辐射特性最强的角度。
所述光学天线发射基站、反射单元、光学天线中继单元与光学天线接收终端均由金属材料构成。
所述光学天线发射基站、反射单元、光学天线中继单元和光学天线接收终端的个数可以调整，既可以为一个，也可以为多个。
所述光学天线发射基站、光学天线中继单元与光学天线接收终端所用金属材料其结构包括棒状结构、孔状结构、球状结构、三角型结构、螺旋形结构以及由所述五种结构或其中几种结构所构成的组合结构或周期性阵列。
所述的光学天线基站、光学天线中继单元与光学天线接收终端的空间尺度范围D与片上通信的工作波长λ在同一量级。
本发明具有的有益效果是：本发明利用光学天线本身远场定向辐射特性，采用片上系统集成的方式，提出基于光学天线的片上无线光通信系统，能够大大降低光通信网络中器件的串扰与功耗，同时使得系统空间响应突破衍射极限达到亚波长尺度并大范围提高片上集成度，进而提高整个光纤通信网络的传输带宽与响应速度。此外，采用多个光学天线中继单元还可以大大扩展片上数据传输的空间范围。
附图说明
图1为本发明基于光学天线的片上无线光通信系统结构示意图；
图2为实施例所述光学天线基站结构示意图；
图3为实施例所述光学天线远场辐射图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明：本实施方式案例以本发明提出的基于光学天线的片上无线光通信系统为前提，但本发明的保护范围并不限于下述实施方式与案例。
如图1所示，一种基于光学天线的片上无线光通信系统包括：光学天线发射基站1、反射单元、光学天线中继单元以及光学天线接收终端4。所述光学天线发射基站1、第一反射单元2-1、第一光学天线中继单元3-1、第二反射单元2-2、第二光学天线中继单元3-2、第三反射单元2-3以及光学天线接收终端4按所列顺序沿通信传输光路依次排放在非金属衬底5之上。光学天线发射基站、反射单元、光学天线中继单元与光学天线接收终端均由金构成。
如图2所示，光学天线发射基站1包括两根长度为100nm直径为20nm的金纳米棒6和位于光学天线馈隙用于激发天线的量子点光源7固定在非金属衬底上。光学天线基站、光学天线中继单元与光学天线接收终端的空间尺度为200nm与片上通信的工作波长650nm在同一量级。
光学天线发射基站、反射单元、光学天线中继单元和光学天线接收终端的空间位置关系，由光学天线发射基站、光学天线中继单元与光学天线接收终端中采用的光学天线结构及其远场定向辐射图所决定，具体满足，其中h是反射单元与非金属衬底之间的垂直距离，d 1 、d 2 代表反射单元与其相邻的光学天线发射基站（或上一级中继单元）和光学天线接收终端（或下一级中继单元）的水平距离。、为与反射单元相邻的光学天线发射基站（或上一级中继单元）和光学天线接收终端（或下一级中继单元）中光学天线定向辐射特性最强的角度。如图3所示，金属光学天线的存在对量子点光源的功率辐射图产生了显著的定向调制作用，增强了方向性。光学天线中继单元与光学天线接收终端采用与光学天线发射基站相同的金纳米棒半波天线结构。因此，与反射单元相邻的光学天线发射基站（或上一级中继单元）和光学天线接收终端（或下一级中继单元）中光学天线定向辐射特性最强的角度。同时根据互易定理，光学天线中继单元与接收终端也可以定向接受从光学天线基站或上一级中继单元经反射单元反射而来的光信号。此外，也可以在中继单元处上载新的需要向之后光学天线中继单元与接收终端传输的光信号。这样就实现了基于光学天线的片上无线通信。
Claims (5)
1.一种基于光学天线的片上无线光通信系统，其特征在于：包括光学天线发射基站、反射单元、光学天线中继单元以及光学天线接收终端，所述光学天线发射基站、反射单元、光学天线中继单元以及光学天线接收终端按所列顺序沿通信传输光路依次排放在非金属衬底之上, 空间位置关系，由光学天线发射基站、光学天线中继单元与光学天线接收终端中采用的光学天线结构及其远场定向辐射图所决定，具体满足 ,其中h是反射单元与非金属衬底之间的垂直距离，d 1 代表反射单元与其相邻的光学天线发射基站或上一级中继单元的水平距离, d 2 代表反射单元与其相邻的光学天线接收终端或下一级中继单元的水平距离，为与反射单元相邻的光学天线发射基站或上一级中继单元中光学天线定向辐射特性最强的角度, 为与反射单元相邻的光学天线接收终端或下一级中继单元中光学天线定向辐射特性最强的角度。
2.根据权利要求1所述的一种基于光学天线的片上无线光通信系统，其特征在于：所述光学天线发射基站、反射单元、光学天线中继单元与光学天线接收终端均由金属材料构成。
3. 根据权利要求1所述的一种基于光学天线的片上无线光通信系统，其特征在于：所述光学天线发射基站、反射单元、光学天线中继单元和光学天线接收终端的个数可以调整，既可以为一个，也可以为多个。
4.根据权利要求1所述的一种基于光学天线的片上无线光通信系统，其特征在于：所述光学天线发射基站、光学天线中继单元与光学天线接收终端所用金属材料其结构包括棒状结构、孔状结构、球状结构、三角型结构、螺旋形结构以及由所述五种结构或其中几种结构所构成的组合结构或周期性阵列。
5.根据权利要求1所述的一种基于光学天线的片上无线光通信系统，其特征在于：所述的光学天线基站、光学天线中继单元与光学天线接收终端的空间尺度范围D与片上通信的工作波长λ在同一量级。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210147362.4A CN102694594B (zh) | 2012-05-14 | 2012-05-14 | 一种基于光学天线的片上无线光通信系统 |
| PCT/CN2012/083859 WO2013170589A1 (zh) | 2012-05-14 | 2012-10-31 | 一种基于光学天线的片上无线光通信系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210147362.4A CN102694594B (zh) | 2012-05-14 | 2012-05-14 | 一种基于光学天线的片上无线光通信系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102694594A CN102694594A (zh) | 2012-09-26 |
| CN102694594B true CN102694594B (zh) | 2015-05-20 |
Family
ID=46859889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210147362.4A Expired - Fee Related CN102694594B (zh) | 2012-05-14 | 2012-05-14 | 一种基于光学天线的片上无线光通信系统 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102694594B (zh) |
| WO (1) | WO2013170589A1 (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102694594B (zh) * | 2012-05-14 | 2015-05-20 | 浙江大学 | 一种基于光学天线的片上无线光通信系统 |
| CN104218989B (zh) * | 2013-06-03 | 2019-02-22 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种支持中继的可见光信息传输方法、中继节点及系统 |
| WO2015006983A1 (zh) * | 2013-07-19 | 2015-01-22 | 华为技术有限公司 | 一种减低串扰代价的方法和装置 |
| CN110061772B (zh) * | 2019-05-07 | 2020-11-10 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 一种基于光电混合链路的飞行器集群自组织网络构建方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101218761A (zh) * | 2005-07-04 | 2008-07-09 | 艾利森电话股份有限公司 | 无源中继器天线 |
| CN101227026A (zh) * | 2007-12-27 | 2008-07-23 | 上海交通大学 | 片上多金属互联层组合天线 |
| CN101777698A (zh) * | 2009-12-30 | 2010-07-14 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 集成电路中的片上天线结构及其制造方法 |
| CN202586967U (zh) * | 2012-05-14 | 2012-12-05 | 浙江大学 | 基于光学天线的片上无线光通信系统 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100134376A1 (en) * | 2008-12-01 | 2010-06-03 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Wideband rf 3d transitions |
| CN102694594B (zh) * | 2012-05-14 | 2015-05-20 | 浙江大学 | 一种基于光学天线的片上无线光通信系统 |
-
2012
- 2012-05-14 CN CN201210147362.4A patent/CN102694594B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2012-10-31 WO PCT/CN2012/083859 patent/WO2013170589A1/zh active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101218761A (zh) * | 2005-07-04 | 2008-07-09 | 艾利森电话股份有限公司 | 无源中继器天线 |
| CN101227026A (zh) * | 2007-12-27 | 2008-07-23 | 上海交通大学 | 片上多金属互联层组合天线 |
| CN101777698A (zh) * | 2009-12-30 | 2010-07-14 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 集成电路中的片上天线结构及其制造方法 |
| CN202586967U (zh) * | 2012-05-14 | 2012-12-05 | 浙江大学 | 基于光学天线的片上无线光通信系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102694594A (zh) | 2012-09-26 |
| WO2013170589A1 (zh) | 2013-11-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2586023C2 (ru) | Антенное устройство с электронным сканированием луча | |
| EP2779307B1 (en) | Flex PCB folded antennas | |
| JP4962723B2 (ja) | アンテナ素子および広帯域アンテナ装置 | |
| WO2019165915A1 (zh) | 毫米波天线阵列及移动终端 | |
| Noor et al. | A review of orbital angular momentum vortex waves for the next generation wireless communications | |
| CN102694594B (zh) | 一种基于光学天线的片上无线光通信系统 | |
| CN102110886A (zh) | 用于电路及天线应用的光可发射谐振器 | |
| KR20150100883A (ko) | 옥내 애플리케이션용 밀리미터파 조준선 다중 입출력 통신 시스템 | |
| US9246219B2 (en) | Handheld device | |
| US8957441B2 (en) | Integrated antenna device module for generating terahertz continuous wave and fabrication method thereof | |
| CN108075238B (zh) | 一种多层结构的金属网格传输单元和阵列天线 | |
| Broas et al. | An application of high-impedance ground planes to phased array antennas | |
| KR102098292B1 (ko) | 듀얼밴드 안테나 모듈 | |
| JP2020178345A (ja) | アンテナアレイ及び無線デバイス | |
| CN109066063A (zh) | 一种低剖面ltcc毫米波双极化阵列天线 | |
| CN107799905B (zh) | 基于反射波束偏移的太赫兹极化分离器 | |
| CN101257335B (zh) | 阵列天线波束赋形方法和装置 | |
| CN202586967U (zh) | 基于光学天线的片上无线光通信系统 | |
| CN110546761A (zh) | 用于无线设备应用的体积天线元件的超级定向阵列 | |
| Tiwari et al. | Rectangular Microstrip Patch Antenna vvith Photonic Band Gap Crystal for 60 GHz Communications | |
| US10483651B2 (en) | Transmit-array antenna comprising a mechanism for reorienting the direction of the beam | |
| JP2021182652A (ja) | アンテナ装置、無線通信装置およびレーダ装置 | |
| Mologni et al. | Investigation on the deployment of FSS as electromagnetic shielding for 5G devices | |
| Suman et al. | A Study of Different 5G Reconfigurable Antennas for Communication: Futuristic Glimpse for 6G | |
| KR101492318B1 (ko) | 집적도 증가와 간섭 저감을 위한, 메타재질 0차 공진형 자기장 분포를 갖는 소형 구간 결합형 루프 안테나와 그의 다중 배치 구조 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150520 Termination date: 20190514 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |