一、基本信息
所属科技项目名称：北京市自然科学基金面上项目
项目主管部门：北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会
二、科技成果信息
科技成果名称：一种用于定向光发射的光子带边微阵列谐振天线的研究
科技成果类型：原始创新
科技成果所处阶段：实验室研究
科技成果应用领域：科学研究和技术服务业
三、科技成果简介
1. 科技成果来源
本科技成果源于对光的衍射极限及亚波长尺度下光控制和操纵瓶颈问题的深入研究。为解决集成光学中的关键科学问题，开展了定向光学天线研究，旨在通过光子晶体阵列和外部激发装置，实现高效的光信号定向发射，提升光信号的控制和操纵能力。
2. 技术原理
本成果提出并验证了光子带边阵列谐振天线的新概念。利用光子晶体阵列的能带特性和外部激发装置，借助光子带边的慢光效应，增强光与阵列的相互作用，提升共振强度，实现恒定0/π相移和横向自准直光辐射。通过精确设计和优化光学结构，采用空间观测技术测量天线的辐射特性，利用CST Studio Suite进行光学特性模拟，并通过实验验证传感器的性能，深入分析各结构的光学性能和物理机制。
3. 关键性技术指标
（1）三维紧凑型光子晶体定向天线：在15.32 GHz的谐振频率下，天线的最大辐射增益达到20.73 dBi，孔径效率为49.77%，半功率波束宽度分别为8.9°和7.7°，展现出优异的定向辐射性能。
（2）超紧凑型光子晶体耦合器：消光比约为42.4 dB，开关的开启透射率为92.05%，关闭透射率为4.61%，表现出显著的开关性能。
（3）非周期偏振无关介质全向高反膜：在可见光范围内反射率超过99%，相对带宽达到39.8%，在85°的高入射角下仍能保持良好的反射性能。
（4）颗粒三聚体耦合Mie共振的光学传感性质：ED₁共振模式的灵敏度比MD₁和MD₂模式高出约20倍，表现出优异的线性响应和高灵敏度。
（5）材料改性提升钙钛矿的发光量子效率。
4. 应用前景
本研究成果成功开发了多种新型光学结构和材料，具有广泛的应用前景。在通信领域，三维紧凑型光子晶体定向天线和超紧凑型光子晶体耦合器可用于高性能光通信设备，提升信号传输效率和质量；在光学传感方面，颗粒三聚体耦合Mie共振的光学传感性质可用于高精度环境监测和生物医学检测；在显示技术领域，材料改性提升钙钛矿的发光量子效率的研究成果可推动新型显示器件的发展，提高显示性能和能效。此外，非周期偏振无关介质全向高反膜可用于光学涂层和光学元件，提升光学系统的性能和稳定性。这些成果不仅在理论上丰富了光子学和材料科学的理论框架，而且在实际应用中具有重要的指导意义，为解决集成光学中的关键科学问题提供了新的思路和方法，具有重要的理论与实践意义。
