天线，按维基百科的界说，“是一种用来发射或接纳无线电波—或更广泛来讲—电磁波的器材” 。例如，在无线通信体系中，天线被用于发射与接纳射频与微波波段的电磁波。而在咱们的智能手机中，就有内置的平面倒F天线（PIFA），用于接纳和辐射射频波段在2.4GHz和5GHz的电磁波信号。
偶极子天线
因为天线对电磁波的调控效果遵守经典电磁学的根底方程，也即麦克斯韦方程（MaxwellEquaTIons），而麦克斯韦方程在形式上具有频率（波长）不变性，也便是说，麦克斯韦方程组并没有约束天线的作业波长。因而，在射频波段电磁天线的许多功用（例如频率挑选外表，相控阵雷达等），逻辑上也能够在光频段完成。
从标准上来看，天线的作业波长λ与天线标准L是线性相关的。以最简略的1/2波长偶极子天线（dipole antenna）为例，它由两根1/4波长单极子天线（monopole antenna）组成，其长度是作业波长λ的一半。关于作业900MHz的射频天线，其长度为预算为 L = λ / 2= （3e8 m/s / 900e6 /s） /2 = 0.167m。而作业波长在可见光的天线，其长度预算为 L = λ /（2n），这儿n为天线所在的介质环境的折射率 ［2］。关于作业波长为680nm（红光）的光学天线，假定其制备衬底为硅，则L = λ / （2n）= 680 nm / 2 / 3.4 = 100 nm。可见，对光学天线（光频段电磁天线）的研讨，首先要处理的是要能试验制备与光波长标准可比较，甚至比光波长标准还要小的微纳结构。
光学天线
近年来，跟着以电子束刻蚀（Electron Beam Lithography）和聚集离子束刻蚀（Focused Ion Beam Lithography）为代表的“至顶向下”式纳米加工技能的日趋老练，大规模加工纳米标准的金属与介质结构成为或许，光频段电磁天线（简称光学天线）的研讨也随之成为研讨热门。
电子束曝光
对光学天线的研讨很广泛，这儿只做大致的整理与分类，以抛砖引玉。
1. 亚波长标准的光场聚集：与射频波段的偶极子天线相类比，光学天线能够将自由空间中的光频电磁波会聚于天线外表亚波长标准的空间内，极大提高了光子的态密度，因而被广泛使用于打破衍射极限，并增强光与物质的相互效果（light-matterinteracTIon）。
2. 光吸收与光热转化：制备光学天线的资料与制备微波波段电磁天线的资料相同，能够是金，银，铝，铜等常见金属。但是，金属资料在光频段现已不再像微波波段那样能够等效为完纯导体，而是对电磁波具有巨大损耗，也即资料折射率的虚部相对实部不再是无穷大。这一特性使得光学天线对光的损耗增大，能够用作光学吸收器（absorber）。而光学天线吸收的光能最终被转化成热能，体现为温度的上升。该特性被用于热红外探测器，太阳能（thermal photovoltaic），以及肿瘤的医治（photothermal cancer therapy）。
3. 光学滤波，偏振挑选与相位操控：当光学天线被制备成阵列，又有了许多别致而风趣的特性。前面说过，在微波波段，有频率挑选外表（Frequency SelecTIve Surface）和相控阵雷达（Phased Array Antenna）的概念。而在光频段，相同能够使用光学天线阵列完成光波的滤波，偏振挑选，以及相位操控。例如，最新一期的Science封面文章，便是使用根据光学天线阵列（Nanoantenna array）的光学超外表（Metasurface），对平面圆偏振光各点的相位进行调控，然后完成可见光波段的超薄平面式成像透镜。可见，通过奇妙规划的光学天线及其阵列，有望将传统光学元件（滤光片，偏振片，成像透镜等等）的许多功用紧缩至光学薄膜的厚度上加以完成，也即平面光学元件（FlatOpTIcs）。
现在光学天线是科研界的一个研讨热门，研讨视点与使用场合也较为广泛，各种根据光学天线的新研讨范畴层出不穷，因而本文不免挂一漏万，只能起到抛砖引玉的效果。
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纳米天线阵列迈入光学波长
美国麻省理工学院（MIT）的研讨人员在硅芯片上制造出第一个大型光学天线阵列。此结构能精确地发生预先设定的光学图画，可望使用于许多新式范畴，包括3D全像显示器以及先进医学成像。
长久以来，天线都是使用在无线电波与电视波的传输上，不过最近科学家们开端将此概念延伸至光学波段。天线的运作依托电荷在其结构中振动，因而天线的巨细有必要契合电磁辐射共振模态下的波长，换言之，要使天线在光学波段下作业，其巨细有必要缩至纳米尺度。另一方面，衔接数个天线构成阵列来发射同一波源的概念已行之多年，此处天线有必要调整至相位相同以加强发射出的电磁波；此技能也使用在地理观测中，美国新墨西哥州的无线电波地理望远镜VLA即为一例。
最近，MIT的Michael Watts等人将此概念推行至红外光学波段，并成功地在约0.5×0.5 mm的单一硅芯片上，制造出由64×64个相位对齐的天线构成的光学积体阵列，其间每个天线仅占9×9 μm的面积。天线是由高折射率比照的介电质光栅所构成，以传统300 mm的CMOS设备来制造，但采用了最先进的制程东西如滋润式显影制程。一切的天线在相同功率下运作，当相位对齐时可发生杂乱的光学图画，研讨人员亦能精准操控阵列的发光方向。
此阵列的使用规模包括光达（LIDAR）、干涉仪以及生物安排成像，后者使用了「自适应光学」（adaptive optics）技能，即主动调整光波相位来补偿因周围介质形成的失真歪曲，此技能要求精准操控光束的相位，一起需具有高像素，而这正是此新颖光学阵列所具有的长处。Watts表明此组件有或许马上使用在血管内手术，可用来操作光束并拍照血管壁。不过，他认为此阵列最风趣之处在于3D全像术的使用，因为此阵列可调控单一天线单元的发光相位及振幅，而且能操控此纳米光电发射器的单点激起。
该团队下一步方案将此光学阵列的操作波长缩短至可见光波段。要达到此方针，他们有必要要缩小像素尺度而且寻求其它资料来替代会吸收可见光的硅晶圆。
