实验探究：CNT薄膜的THz偏振特性

这里采用的CNT与参考文献[11]中介绍的一致,均为CVD方法生长的MWCNT,简单记为CNT。首先利用THz-TDS系统对铺设在硅表面的CNT(记为CNT@Si)进行了实验测试。CNT转移到硅表面的实验装置如图5.25所示。操作步骤如下：首先把CNT的边缘缠绕在玻璃棒的一端,然后将它从附着基片上慢慢拉出,接着采用中空的矩形框将CNT框住,并将其快速贴附在硅片表面,随后将乙醇溶液喷洒在CNT表面,乙醇蒸发后,CNT便紧密地贴附在硅片上。重复上述步骤,就实现了多层CNT到硅片表面的转移。

图5.25　CNT转移实物图

图5.26(a)为实验测试示意图,α代表入射THz波的偏振方向与CNT取向的夹角,通过旋转样品架,可以得到不同夹角下的时域光谱。其中,α=0°表示入射线偏振光的偏振方向与CNT取向平行,而α=90°表示入射线偏振光的偏振方向与CNT取向垂直。如图5.26(b)所示,在0°~90°之间每隔15°分别对样品进行了测试,其中红色线代表空硅片的参考信号。从时域谱中可以看到,在α从0°到90°的变化过程中,时域信号的振幅单调递增,并且没有相位变化。通过对时域信号做傅里叶变换,可以得到其振幅透过率,如图5.26(c)所示。图中给出了5层、10层、15层和20层的CNT在α=0°和α=90°下的振幅透过率,从中可以得出两个重要的结论：(1)在α一定的情况下,CNT层数越多,其透过率越低;(2)对于不同层数的一组透过率来说,CNT层数越多,α=0°和α=90°的透过率差值越大,即偏振度(Degree of Polarization,DOP)越高。DOP的定义如下：

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图5.26　MWCNT的偏光特性[13]

(a)实验测试示意图;(b)不同旋转角度α下的时域谱线;(c)α=0°或90°时,不同层数下的透过率谱线;(d)不同层数下的偏振度谱线

式中,T 0°和T 90°表示α=0°、α=90°时的强度透过率,可以由图5.26(c)中振幅透过率的平方得到。从图5.26(d)可以发现,DOP随CNT层数的增加单调递增,并且铺设20层CNT的DOP最高,接近90%。综上所述,CNT在THz波段具有显著的偏光特性,并且其偏振度可以通过改变CNT层数来调控。