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Estudo de uma antena ótica para comunicação inter-satélites
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 54.14 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
A evolução da nanotecnologia possibilitou o desenvolvimento de novos dispositivos, fabricados
a uma escala nanométrica, nomeadamente os dispositivos designados por nanoantenas ou antenas
óticas, que nos dias de hoje têm sido alvo de uma intensa atividade de investigação e desenvolvimento,
procurando atingir a possibilidade de confinar a radiação eletromagnética em dimensões espaciais mais
pequenas que o comprimento de onda da luz. A potencialidade destes dispositivos é fascinante, pois
cobre um conjunto muito vasto de aplicações.
Esta dissertação tem como objetivos principais estudar e caracterizar, numa perspetiva clássica,
uma antena ótica que possa ser integrada no emissor ou recetor de um sistema de comunicações óticas
inter-satélites.
Nesta dissertação foi realizado um estudo teórico sobre a interação da luz com a matéria,
nomeadamente o comportamento dos metais em frequências óticas e a propagação de plasmões
superficiais numa interface dielétrico/metal, que são fundamentais para compreender o fenómeno de
transmissão ótica extraordinária. Foi efetuado um estudo comparativo e realizada uma revisão das
teorias clássicas da difração de ondas eletromagnéticas, de Fraunhofer, Fresnel e Kirchhoff e das
teorias da difração da luz por fendas menores do que o comprimento de onda de Bethe e Bouwkamp.
Os resultados obtidos, de acordo com as teorias clássicas da difração, foram comparados com os
resultados obtidos através de simulações com o programa COMSOL Multiphysics®. Por fim, foi
dimensionada e simulada uma antena ótica que pode ser integrada num emissor ou recetor de um
sistema de comunicações óticas inter-satélites, em que se verifica a ocorrência do fenómeno de
transmissão ótica extraordinária.
The evolution of nanotechnology enabled the development of new devices, manufactured at nanoscale, known as nanoantennas or optical antennas, which have been the subject of a great activity of research, with the aim of confining electromagnetic radiation in space dimensions smaller than the wavelength of light. The application of these devices is fascinating because it covers a very broad range of applications. This master’s thesis aims at studying and characterizing an optical antenna, in a classic perspective, that could be integrated in the emitter or receiver of an intersatellite optical communications system. Initially a theoretical study of the light-matter interaction was performed, with an emphasis on the behavior of metals at optical frequencies and the propagation of surface plasmons in a dielectric/metal interface, which are fundamental to understand the extraordinary optical transmission phenomenon. A comparative study and review of classical diffraction theories of electromagnetic waves from Fraunhofer, Fresnel and Kirchhoff and theories of diffraction by subwavelength apertures of Bethe and Bouwkamp were also performed, comparisons with the results obtained through simulations using COMSOL Multiphysics® software were established. Finally, the simulation of an optical antenna that can be integrated in a transmitter or receiver of an intersatellite optical communication system was performed, which shows the occurrence of the extraordinary optical transmission phenomenon.
The evolution of nanotechnology enabled the development of new devices, manufactured at nanoscale, known as nanoantennas or optical antennas, which have been the subject of a great activity of research, with the aim of confining electromagnetic radiation in space dimensions smaller than the wavelength of light. The application of these devices is fascinating because it covers a very broad range of applications. This master’s thesis aims at studying and characterizing an optical antenna, in a classic perspective, that could be integrated in the emitter or receiver of an intersatellite optical communications system. Initially a theoretical study of the light-matter interaction was performed, with an emphasis on the behavior of metals at optical frequencies and the propagation of surface plasmons in a dielectric/metal interface, which are fundamental to understand the extraordinary optical transmission phenomenon. A comparative study and review of classical diffraction theories of electromagnetic waves from Fraunhofer, Fresnel and Kirchhoff and theories of diffraction by subwavelength apertures of Bethe and Bouwkamp were also performed, comparisons with the results obtained through simulations using COMSOL Multiphysics® software were established. Finally, the simulation of an optical antenna that can be integrated in a transmitter or receiver of an intersatellite optical communication system was performed, which shows the occurrence of the extraordinary optical transmission phenomenon.
Description
Keywords
Antenas Óticas Transmissão Ótica Extraordinária Interação da luz com a Matéria Difração Comunicações Óticas inter-satélites