碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT)是由片状石墨烯卷曲得到的新型纳米材料。CNT的管壁由六边形排列的碳原子组成,当有杂质或缺陷存在时,会出现五元环或七元环的组合方式。它的直径在纳米量级,而纵向尺寸可以很大。CNT自1991年被发现以来,由于在力、热、光、电等方面的优良性能,引起了人们的广泛关注[7]。这里我们主要关注CNT的光学特性。
根据卷曲石墨烯的层数不同可以将它分为单壁碳纳米管(Single Walled Carbon Nanotube,SWCNT)和多壁碳纳米管(Multi Walled Carbon Nanotube,MWCNT),如图5.23(a)所示。相比于MWCNT、SWCNT的直径更小,杂质和缺陷也较少,因此其光学性能也更优异。根据手性分类,SWCNT又可分为扶手椅型、锯齿型和螺旋型,如图5.23(b)所示。对于超有序排列的CNT,它在THz波段会表现出强烈的光学各向异性,此外它又具有很高的导电性,其特性类似于亚波长金属光栅,能够广泛地应用于THz偏振控制中[10]。
图5.23
(a)SWCNT和MWCNT示意图[8];(b)扶手椅型、锯齿型和螺旋型的SWCNT示意图[9](www.xing528.com)
代表性的工作有：2011年,Kyoung等报道了一种基于MWCNT的THz偏振器[11],如图5.24(a)所示。该MWCNT是通过CVD法生长得到的,通过转动与MWCNT相接的“U”形聚合物框架可以得到最多80层的MWCNT,而且层数越多对应的透过率越低、偏振度越高。75层MWCNT的结果显示,在0.1~2 THz,它可以得到99.9%的偏振度,但是其最高透过率只有50%左右。2012年,Ren等提出了基于SWCNT的THz偏振器[12],如图5.24(b)所示。首先采用光刻的手段将催化剂严格取向,然后在水辅助CVD法作用下,SWCNT沿催化剂垂直排列生长,最后转移至蓝宝石基底。结果显示,三层堆叠的SWCNT在0.4~2.2 THz内实现了大于30 dB的消光比,透过率接近80%。
图5.24
(a)MWCNT THz偏振器[11];(b)SWCNT THz偏振器[12]
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