多層石墨烯錐形結(jié)構(gòu)增強(qiáng)太赫茲波納米聚焦研究

　　導(dǎo)讀：武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一種基于多層石墨烯(多個(gè)石墨烯單層由介質(zhì)隔開(kāi))錐形結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)THz波的納米聚焦，可以使波長(zhǎng)為50微米的THz波電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)約620倍，明顯優(yōu)于單層石墨烯錐的增強(qiáng)效果(240倍)；此外，多層石墨烯錐對(duì)光場(chǎng)的限制能力也大大增強(qiáng)，在錐尖光場(chǎng)可以被壓縮至入射波長(zhǎng)的1/2800，比類(lèi)似金屬/介質(zhì)結(jié)構(gòu)至少提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。該研究成果對(duì)于實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度和納米尺度的THz光源提出了一種新的實(shí)現(xiàn)方式，為T(mén)Hz波在非線性光學(xué)和納米光學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　
　　隨著太赫茲(THz)技術(shù)的發(fā)展，THz波已被廣泛應(yīng)用于光譜分析、探測(cè)成像以及光通信等領(lǐng)域。目前，如何獲取高強(qiáng)度、微納尺度的THz光源依然是科研領(lǐng)域一大難點(diǎn)。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(jié)構(gòu)可以將光場(chǎng)壓縮到亞波長(zhǎng)尺度，從而實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)增強(qiáng)。然而，傳統(tǒng)的貴金屬和介質(zhì)材料對(duì)THz波損耗較大，光場(chǎng)限制不強(qiáng)，納米聚焦效果并不理想。
　　
　　武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室超快光學(xué)研究團(tuán)隊(duì)陸培祥教授、“青年千人”王兵教授和博士生劉為為等人設(shè)計(jì)了一種基于多層石墨烯(多個(gè)石墨烯單層由介質(zhì)隔開(kāi))錐形結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)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(chǎng)能夠被極大壓縮并限制在納米錐的尖端。研究結(jié)果表明，3層石墨烯錐可以使波長(zhǎng)為50微米的THz波電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)約620倍，明顯優(yōu)于單層石墨烯錐的增強(qiáng)效果(240倍)，通過(guò)調(diào)節(jié)石墨烯化學(xué)勢(shì)和入射THz波長(zhǎng)，其電場(chǎng)強(qiáng)度可進(jìn)一步增強(qiáng)達(dá)1800倍。此外，多層石墨烯錐對(duì)光場(chǎng)的限制能力也大大增強(qiáng)，在錐尖光場(chǎng)可以被壓縮至入射波長(zhǎng)的1/2800，比類(lèi)似金屬/介質(zhì)結(jié)構(gòu)至少提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。這一研究結(jié)果對(duì)于實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度和納米尺度的THz光源提出了一種新的實(shí)現(xiàn)方式，為T(mén)Hz波在非線性光學(xué)和納米光學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。