Abstract
This work examines the beam squint effects of quantum-based carbon nanotube (CNT) antenna arrays for optical plasmonic communication systems functioning within the 300 THz to 700 THz frequency spectrum. The distinctive quantum confinement characteristics of carbon nanotubes (CNTs), together with surface plasmon polariton (SPP) interactions, result in notable frequency-dependent phase shifts, causing beam squint errors in phased array systems. Simulation findings indicate that at 300 THz, a CNT array with an inter-element spacing of λ/2 (500 nm) has a beam squint of 0.2° per 100 THz bandwidth. As the frequency ascends to 700 THz, the beam squint effect amplifies, reaching 0.8° per 100 THz as a result of heightened plasmonic dispersion and quantum-induced phase shifts. The group delay variation throughout the bandwidth is measured at 12.4 fs at 300 THz and 5.6 fs at 700 THz, affirming the nonlinear characteristics of quantum plasmonic wave propagation. The results underscore the significant influence of beam squint in nanoscale optical phased arrays and provide a basis for the creation of adjustable CNT-based plasmonic antennas for advanced optical communication systems.
Abstract
يتناول هذا البحث دراسة تأثيرات انحراف الحزمة في مصفوفات الهوائيات النانوية المبنية باستخدام أنابيب الكربون
النانوية (CNTs) لأنظمة الاتصالات البصرية البلازمونية ضمن نطاق التردد من 300 تيراهرتز إلى 700 تيراهرتز. تؤدي
الخصائص النانوية الفريدة لأنابيب الكربون، إلى جانب تفاعلات البلازمون القطبي السطحي (SPP) والتشتت الترددي للمواد،
إلى حدوث انزياحات طورية تعتمد على التردد. تنشأ هذه الانزياحات من تشتت البلازمونات وتغير معامل الانكسار الفعال،
إضافةً إلى التفاعلات المعقدة بين الهندسة النانوية للهوائي والخواص الكهرومغناطيسية للوسط، مما يتسبب في أخطاء توجيه
الحزمة داخل أنظمة المصفوفات الطورية .
أظهرت نتائج المحاكاة أن انحراف الحزمة يزداد مع التردد وعرض النطاق والتوجيه الزاوي، حيث بلغ 0.2 ° عند 300
تيراهرتز، وارتفع إلى 0.8 ° عند 700 تيراهرتز لكل 100 تيراهرتز من عرض النطاق. تم قياس تغير زمن تأخير المجموعة
عبر النطاق الترددي، حيث بلغ 12.4 فيمتوثانية عند 300 تيراهرتز و 5.6 فيمتوثانية عند 700 تيراهرتز، ما يدل على وجود
تشتت زمني واضح يُعد دليلاً على الخصائص غير الخطية لانتشار الموجات البلازمونية، إذ إن زمن تأخير المجموعة يكون
ثابتا في الأنظمة الخطية بينما يتغير بشكل ملحوظ في الأنظمة غير الخطية، مما يجعله مؤشراً حاسما في توصيف هذا السلوك.
تؤكد هذه النتائج التأثير الجوهري لانحراف الحزمة في أنظمة الاتصالات النانوية وتُبرز الحاجة إلى تطوير هوائيات قابلة
للتعديل تعتمد على تقنيات CNT لتلبية متطلبات الاتصالات البصرية المتقدمة .
النانوية (CNTs) لأنظمة الاتصالات البصرية البلازمونية ضمن نطاق التردد من 300 تيراهرتز إلى 700 تيراهرتز. تؤدي
الخصائص النانوية الفريدة لأنابيب الكربون، إلى جانب تفاعلات البلازمون القطبي السطحي (SPP) والتشتت الترددي للمواد،
إلى حدوث انزياحات طورية تعتمد على التردد. تنشأ هذه الانزياحات من تشتت البلازمونات وتغير معامل الانكسار الفعال،
إضافةً إلى التفاعلات المعقدة بين الهندسة النانوية للهوائي والخواص الكهرومغناطيسية للوسط، مما يتسبب في أخطاء توجيه
الحزمة داخل أنظمة المصفوفات الطورية .
أظهرت نتائج المحاكاة أن انحراف الحزمة يزداد مع التردد وعرض النطاق والتوجيه الزاوي، حيث بلغ 0.2 ° عند 300
تيراهرتز، وارتفع إلى 0.8 ° عند 700 تيراهرتز لكل 100 تيراهرتز من عرض النطاق. تم قياس تغير زمن تأخير المجموعة
عبر النطاق الترددي، حيث بلغ 12.4 فيمتوثانية عند 300 تيراهرتز و 5.6 فيمتوثانية عند 700 تيراهرتز، ما يدل على وجود
تشتت زمني واضح يُعد دليلاً على الخصائص غير الخطية لانتشار الموجات البلازمونية، إذ إن زمن تأخير المجموعة يكون
ثابتا في الأنظمة الخطية بينما يتغير بشكل ملحوظ في الأنظمة غير الخطية، مما يجعله مؤشراً حاسما في توصيف هذا السلوك.
تؤكد هذه النتائج التأثير الجوهري لانحراف الحزمة في أنظمة الاتصالات النانوية وتُبرز الحاجة إلى تطوير هوائيات قابلة
للتعديل تعتمد على تقنيات CNT لتلبية متطلبات الاتصالات البصرية المتقدمة .