我院陈溢杭教授研究组在太赫兹调制器研究取得重要进展

By: zjf, PostTime: 2016/4/13, Visits: 2316

学院陈溢杭教授研究组最近在基于石墨烯的宽带太赫兹调制器研究上取得进展,相关成果已发表在著名学术期刊《Small》(影响因子8.368)。

太赫兹技术是一个快速发展的新兴领域,它在细胞水平的成像、安全检查、质量控制、天文探测、医疗判断,以及宽带通信、微波定向等许多方面有广泛的应用前景。太赫兹技术发展所面临的一个关键问题是对太赫兹波的高效调制器件。石墨烯,一种由单层碳原子构成的六角形晶格二维材料,因其具备卓越的电学和光学性质受到了科学界极大的关注。在太赫兹波的照射下,石墨烯上的电子将从费米能级以下跃迁到费米能级以上,从而呈现对入射波的吸收,其吸收的强度取决于石墨烯的载流子浓度。通过对石墨烯外加电场或化学掺杂,可调节其载流子浓度,进而影响石墨烯对太赫兹波的吸收,实现对太赫兹波的调制。然而,石墨烯基底中的Fabry-Perot谐振所造成的基底效应,导致了基于石墨烯的太赫兹调制器的工作性能随频率改变而发生剧烈振荡,这极大地限制了其应用。

针对以上问题,陈溢杭教授研究组最近提出了一个解决方案:首先,将金属反射板置于石墨烯的基底之下;然后,在石墨烯的表面铺设一层的纳米介质薄膜。他们的研究结果显示,该结构可彻底改变石墨烯层上的电场强度对频率的依赖关系。通过精确地设计表层介质薄膜以及石墨烯基底的相位厚度,可实现石墨烯层的电场强度对频率的依赖与石墨烯电导率的频率色散两者相互抵消,从而有效的消除基底效应,该方法可用于设计宽带且调制性能恒定的太赫兹调制器。他们通过恰当地选择基底及介质薄膜的材料,实现了相对工作带宽达55%且调制深度稳定为76%的宽带太赫兹调制器。

以上研究成果发表在John Wiley & Sons Inc主办的著名微纳米领域期刊《Small》上(Broadband, Spectrally Flat, Graphene-based Terahertz Modulators,Small 11, 6044 (2015))。博士生石风华是论文的第一作者,陈溢杭教授是通讯作者,韩鹏教授协助指导了部分研究工作。这项研究得到了国家自然科学基金面上项目、广东省自然科学基金重点项目、广东省高等学校优秀青年教师培育计划和广东省光电检测仪器工程技术研究中心的资助。