基于石墨烯的超快太赫兹波的产生和显微

太赫兹科学技术有很重要的学术研究价值，在国民经济和国防建设领域有着极.其重要的应用前景。而相干太赫兹源的研究尤其是小型化、集成化太赫兹源的研究是太赫兹.通信、成像等应用能够付诸实际应用的前提。其中半导体表面电场发射太赫兹技术具有材料获取方便、易于集成和操控等独特优点。鉴于石墨烯具有半导体材料所具有的表面电场发射太赫兹波的特性，我们提出旨在基于石墨烯产生超快宽带太赫兹波，并通过石墨烯与单模光纤集成，实现太赫兹波的超高分辨率显微成像。通过实验观测与系统理论分析总结，揭示太赫兹产生和显微过程中所蕴含的基本物理规律与机理；通过对这些机理的掌握，制备新型的紧凑微型化、高分辨率相干超快宽带太赫兹源。

本项目基于石墨烯具有的飞秒激光激发表面电场发射特性，提出旨在基于石墨烯产生超快宽带太赫兹波，并通过石墨烯与单模光纤集成，实现太赫兹波的超高分辨率显微成像。通过实验观测和系统理论分析，我们获得了基于飞秒激光激发石墨烯的太赫兹波，但是由于石墨烯厚度的限制导致飞秒激光与石墨烯相互作用有限，获得的太赫兹信号比较微弱，难以和光纤集成进行显微成像研究。因此我们改进了研究计划，利用太赫兹探针天线实现了太赫兹近场显微系统的搭建。并且在此过程中，我们发现了石墨烯在太赫兹波段的一些新颖特性，进行了一些有意义的研究工作，包括：1、研究了石墨烯与硅（Si）、石英（Quartz）等衬底材料的结合机制，并测试和分析了不同衬底材料及层数的石墨烯在太赫兹波段的透过率以及电导率差异；2、以硅为衬底的石墨烯样品上蒸镀电极形成肖特基结构，制作成太赫兹肖特基二极管，利用激光和电压调制石墨烯样品的化学势，结合硅基底的载流子扩散，为石墨烯提供了大量载流子，从而实现了高达83%的宽带太赫兹振幅调制。3、将石墨烯涂覆在太赫兹超材料结构上，利用光电手段（低于1V的偏压）实现了超过60%的太赫兹波窄带振幅调制；4、利用太赫兹超材料传感石墨烯，为太赫兹波段高对比度石墨烯成像提供实验依据;5. 搭建了一套太赫兹近场显微系统。