利用多層石墨烯錐形結構增強太赫茲波的納米聚焦研究

OFweek光通訊網訊：隨著太赫茲(THz)技術的發展，THz波已被廣泛應用於光譜分析、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。基於表面等離激元(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將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，納米聚焦效果並不理想。

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於多層石墨烯(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並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，明顯優於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。這一研究結果對於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。

(a)多層石墨烯錐聚焦THz波示意圖；(b)3層石墨烯錐尖端部分電場分布圖；(c)電場增強隨石墨烯層數變化關係；(d)電場增強隨THz波長和石墨烯化學勢變化掃描圖。

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