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)?；诒砻娴入x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)可以將光場壓縮到亞波長尺度，從而實(shí)現(xiàn)光場增強(qiáng)。然而，傳統(tǒng)的貴金屬和介質(zhì)材料對THz波損耗較大，光場限制不強(qiáng)，納米聚焦效果并不理想。

武漢光電國家實(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)錐形結(jié)構(gòu)來增強(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為50微米的THz波電場強(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)，通過調(diào)節(jié)石墨烯化學(xué)勢和入射THz波長，其電場強(qiáng)度可進(jìn)一步增強(qiáng)達(dá)1800倍。此外，多層石墨烯錐對光場的限制能力也大大增強(qiáng)，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(zhì)結(jié)構(gòu)至少提高了一個(gè)數(shù)量級。這一研究結(jié)果對于實(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THz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)。

近日，OSA旗下期刊Optics Express在線刊發(fā)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(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和湖北省自然科學(xué)基金的支持。

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