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利用多層石墨烯錐形結構增強太赫茲波的納米聚焦的研究

随着太赫茲(THz)技術的發展,THz波已被廣泛應用于光譜分析、探測成像以及光通信等領域。目前,如何獲取高強度、微納尺度的THz光源依然是科研領域一大難點。基于表面等離激元(SPP)的納米聚焦為解決這一難題提供了新的思路,利用貴金屬納米結構可以将光場壓縮到亞波長尺度,從而實現光場增強。然而,傳統的貴金屬和介質材料對THz波損耗較大,光場限制不強,納米聚焦效果并不理想。

武漢光電國家實驗室超快光學研究團隊陸培祥教授、“青年千人”王兵教授和博士生劉為為等人設計了一種基于多層石墨烯(多個石墨烯單層由介質隔開)錐形結構來增強THz波的納米聚焦,每層石墨烯SPP之間的相互耦合使得THz光場能夠被極大壓縮并限制在納米錐的尖端。

研究結果表明,3層石墨烯錐可以使波長為50微米的THz波電場強度增強約620倍,明顯優于單層石墨烯錐的增強效果(240倍),通過調節石墨烯化學勢和入射THz波長,其電場強度可進一步增強達1800倍。此外,多層石墨烯錐對光場的限制能力也大大增強,在錐尖光場可以被壓縮至入射波長的1/2800,比類似金屬/介質結構至少提高了一個數量級。這一研究結果對于實現高強度和納米尺度的THz光源提出了一種新的實現方式,為THz波在非線性光學和納米光學等領域的應用奠定了理論和實驗基礎。

近日,OSA旗下期刊Optics Express在線刊發了題為Enhanced plasmonic nanofocusing of terahertz waves in tapered graphene multilayers的研究成果 。該研究獲得了國家973研究計劃、國家自然科學基金和湖北省自然科學基金的支持。

來源:武漢光電國家實驗室

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