我国利用多层石墨烯锥形结构增强太赫兹波的纳米聚焦研究取得重要进展


来源:OFweek光通讯网

[导读]  我国研究人员设计了一种基于多层石墨烯(多个石墨烯单层由介质隔开)锥形结构来增强THz波的纳米聚焦,可以使波长为50微米的THz波电场强度增强约620倍,明显优于单层石墨烯锥的增强效果(240倍),通过调节石墨烯化学势和入射THz波长,其电场强度可进一步增强达1800倍。

中国粉体网讯  随着太赫兹(THz)技术的发展,THz波已被广泛应用于光谱分析、探测成像以及光通信等领域。目前,如何获取高强度、微纳尺度的THz光源依然是科研领域一大难点。基于表面等离激元(SPP)的纳米聚焦为解决这一难题提供了新的思路,利用贵金属纳米结构可以将光场压缩到亚波长尺度,从而实现光场增强。然而,传统的贵金属和介质材料对THz波损耗较大,光场限制不强,纳米聚焦效果并不理想。


(a)多层石墨烯锥聚焦THz波示意图;(b)3层石墨烯锥尖端部分电场分布图;(c)电场增强随石墨烯层数变化关系;(d)电场增强随THz波长和石墨烯化学势变化扫描图。


武汉光电国家实验室超快光学研究团队陆培祥教授、“青年千人”王兵教授和博士生刘为为等人设计了一种基于多层石墨烯(多个石墨烯单层由介质隔开)锥形结构来增强THz波的纳米聚焦,每层石墨烯SPP之间的相互耦合使得THz光场能够被极大压缩并限制在纳米锥的尖端。研究结果表明,3层石墨烯锥可以使波长为50微米的THz波电场强度增强约620倍,明显优于单层石墨烯锥的增强效果(240倍),通过调节石墨烯化学势和入射THz波长,其电场强度可进一步增强达1800倍。此外,多层石墨烯锥对光场的限制能力也大大增强,在锥尖光场可以被压缩至入射波长的1/2800,比类似金属/介质结构至少提高了一个数量级。这一研究结果对于实现高强度和纳米尺度的THz光源提出了一种新的实现方式,为THz波在非线性光学和纳米光学等领域的应用奠定了理论和实验基础。


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