太赫兹频率高效漏波天线可产生高定向波束

随着人们对互联网带宽需求的不断增长，当前的网络系统面临前所未有的压力。这种情况促使人们开始研究将太赫兹频段（0.1–10THz）的载波频率用于无线通信的可能性。高频率下的通信系统具有多种优势，包括超高速数据传输的大带宽和物理上安全的点对点链路的高定向波束。这种方向性激发了利用发射的思想 漏波天线的特性。漏波天线已在微波范围中进行了深入研究，并且最近已在THz频率引入。早期工作大部分都研究较低频率，开发的传统漏波波导架构可能无法针对THz频率进行优化。例如，在微波范围内，泄漏结构的尺寸总是在宽度上深亚波长。这确保了导波在缝隙宽度上是均匀的。相反，最近许多THz架构采用泄漏结构，该泄漏结构与波长的大小相当。在这种情况下，波与泄漏结构在波长尺度上的相互作用不再被忽略。

       为了产生遵循频率-角度关系的输出光束，只能使用非常薄的矩形槽。这会极大的降低设备效率，因为辐射能量（每插槽长度）非常低。这是一个重大缺陷，因为在太赫兹频率下发电仍然是一个重要的挑战。美国布朗大学工程学院的D. M. Mittleman教授等人通过引入替代的槽几何形状来解决此问题，其中槽宽度沿其长度线性增加（即梯形）。这保留了相位匹配约束，同时允许更高的输出耦合效率。他们表明，在高频下，与孔径的波长尺度相互作用会导致缝界面处的电场分布不均匀，而这种独特的机制在较低频率下不会产生。此外，由于使用了较宽的有效孔径，辐射光束在两个角度方向上都很窄，从而可以生成真正的铅笔状太赫兹光束。相关研究发表在《Applied Physics Letters》上。（钟雨豪）

文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0033126