基于石墨烯的THz定向发射器优化技术

定向发射器可以实现电磁波束在自由空间中的定向发射,是雷达、成像系统中的核心部件。在可见光波段和微波波段,定向发射器技术已经相对成熟,但在THz波段还有待完善。这主要体现在两个方面：一是大多数THz定向发射装置依赖结构形状的设计,一旦结构加工完成,定向发射的方位角也随之确定,无法进行后续的主动调控和光束扫描;二是光束可偏转角度不够大,而增大光束的偏转角度往往会带来光束质量下降、传输损耗过大等问题。2015年,美国莱斯大学的Mittleman等提出了用平行平板波导开缝的方法来实现THz波的定向发射和耦合,这种装置制作简单,理论上可以实现任意角度的光束偏转,但其光束质量较差,强度也只有入射光的20%[10]。

在可见光波段,Lee等提出了基于亚波长栅格结构表面等离子体谐振效应的光束定向发射装置,其通过改变光束出射端口两侧电介质-金属栅的形状或介电性质,实现了对SPP波耦合条件的调控,最终完成了对出射光偏转角度的控制[11,12]。这种方法可以在实现大角度光束偏转的同时保证光束质量,缺点在于其调控方法仍然要依靠结构的形状或尺寸,无法实现器件的连续调控。而在THz波段,利用化学掺杂或电注入的方法可以使石墨烯显示出金属性质,从而可以替代金属来激发并传导THz波段的SPP波。其电磁性质可以通过外加电压来进行调控,因此,由石墨烯材料构建的SPP波导还具有可主动调控的优越性质。本节主要介绍如何利用石墨烯材料和亚波长栅格结构来设计可主动调控的THz定向发射器。(www.xing528.com)