江蘇雷射聯盟導讀：
太赫茲光在今後的技術領域具有許多潛在的應用。太赫茲有可能成為繼5G之後實現極端快速的移動通訊連接和無線網絡的最有前途的技術。在千兆赫茲到太赫茲頻率的轉變中所存在的瓶頸主要是由不充分有效的發射源和轉換介質所造成的。如今，研究人員發展了一個材料系統來產生太赫茲脈衝，其比以往任何時候都更為有效。這一材料系統是基於石墨烯，在石墨烯上塗敷一層金屬薄層來實現的。
在電磁波普範圍內，太赫茲光位於紅外發射和微波的範圍內。太赫茲波具有許多潛在的技術應用。太赫茲技術有可能成為繼5G之後用於極端移動通訊和無線網絡的最有前途的技術。從兆赫茲到太赫茲頻率的傳輸所遇到的瓶頸是沒有有效的發射太赫茲的光源和轉換裝置。
一個由德國-西班牙兩個國家所組成的團隊發展了一個以石墨烯為基礎的來提高產生太赫茲波脈衝效率的辦法。在這一系統中，研究人員在石墨烯板片上塗敷金屬的薄層結構——尤其是以金為基礎的薄層結構。
在光柵石墨烯超材料中產生增強的三倍頻
科學家當前使用的加速器件，往往比較複雜且體積比較大的雷射來產生太赫茲波。新材料系統產生太赫茲的能力使得它可以同當前的半導體技術在活性過渡從千兆赫茲到太赫茲頻率產生有效的超過電流源和轉換成超過其過渡的性質。
儘管石墨烯對大家來說比較熟悉，且可以作為頻率的倍乘放大材料（當光的脈衝在低的太赫茲範圍，即0.3-0.7THz發射出2D的碳材料的時候，轉換至較高的頻率），其產生太赫茲脈衝的有效性在以前主要依靠極端腔的輸出信號來實現。粒子加速器運行在一個完全尺度或者巨大的雷射系統中，從而才能產生可靠的信號，這樣就使得在許多應用場合應用起來不太兼容。
超薄的金層可以顯著的放大在底部層的石墨烯層中輸入進來的太赫茲脈衝（紅色，見下圖），使得有效的頻率乘成為可能。為了發展一個可以顯著的減少場強度的材料系統，研究人員在石墨烯上塗敷金的薄層，其所起的作用有點像天線。金的薄層放大在石墨烯層上輸入進來的太赫茲。在一個物理系統中，特徵的輸送需要在石墨烯暴露在層的點位置具有非常強的場。
▲圖：超薄的金層可以顯著的放大在底部層的石墨烯層中輸入進來的太赫茲脈衝（紅色，見上圖），使得有效的頻率乘成為可能
研究人員測試了他們所提出的概念，通過一個石墨烯層在玻璃上進行運輸和隨後的氣象沉積，在石墨烯上沉積一超薄的氧化鋁層來進行絕緣。研究人員隨後 增加一個金屬的條狀晶格。光的脈衝在低的太赫茲範圍內的光脈衝轟擊材料，倍乘入射輻射的頻率並使得團隊可以探測和分析過程的有效性。
光柵方向 的有效性和工作（負載）循環
同沒有處理的石墨烯相比，比較弱的輸入信號足夠來產生頻率倍乘信號。十分之一的場強度在一開始需要產生一個足夠的頻率倍乘信號來使得研究人員可以觀察頻率倍乘。一旦實現轉換，脈衝的功率就會比採用其他辦法所得到的功率強1000倍以上。
研究人員報導了拓展薄層的寬度和減弱暴露的石墨烯層的覆蓋面積，石墨烯層用來增強工藝的過程和提高其有效性。研究人員同時還額外的展示了他們的能力來將輸出的頻率提高最多九倍多。
這一新的材料系統提高了從兆赫茲到太赫茲的轉換過渡且實現純粹的電信號——這意味著可以顯著的減少所付出的努力。它可以集成在晶片上。
研究人員認為太赫茲範圍的波以及他們的系統，將有力的支撐在材料研究和傳感器和探測方面的應用。
目前這一研究成果已經發表在期刊《ACS Nano》上。
本文為江蘇省雷射產業技術創新戰略聯盟原創作品，如需轉載請標明來源，謝謝合作支持！
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺「網易號」用戶上傳並發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.