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电子注激发石墨烯表面等离子体波产生相干太赫兹辐射的研究

批准号:
61701084
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
赵陶
依托单位:
学科分类:
太赫兹理论与技术
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡旻、陈晓行、龚森、冯晓冬、刘燕、胡灵犀、廉振、王琦富、武江

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
在太赫兹科学技术迅速发展过程中,太赫兹辐射源仍是一个亟待解决的问题。石墨烯表面等离子体波作为近年来科学技术研究的热点,其频率正好在太赫兹波段,而电子注能够有效的激发表面等离子体波,因此结合电子注与石墨烯表面等离子体波极有可能成为发展太赫兹辐射源的一个新突破口。然而石墨烯表面等离子体波与自由空间传输波之间存在巨大的波矢不匹配,这成为制约其应用于太赫兹辐射源的主要瓶颈。本项目从理论和实验两方面研究石墨烯表面等离子体波波矢匹配问题及其在电子注激励下产生太赫兹辐射的物理机制。具体内容包括:通过研究石墨烯表面等离子体波色散特性,探索调控其波矢的机制从而实现波矢匹配;采用电磁理论分析电子注激发表面等离子体波产生太赫兹辐射的物理机制和辐射特性;实验研究基于电磁仿真优化的石墨烯结构色散特性,验证理论分析。本项目旨在探索基于电子注激发石墨烯表面等离子体波的太赫兹辐射新机理,为发展新型太赫兹辐射源奠定基础。
英文摘要
Terahertz (THz) scicence and technology has developed rapidly, but lacking of the required THz radiation sources is still an urgent problem.Graphene surface plasmon polaritons (SPPs) are the most attracting hotspot in the recent research of science and technology. Their frequecies lie in the THz regime, and can be efficiently excited by moving electron beam, therefore, combinating the electron beam and SPPs is very likely to be a new breakthrough for the development of THz radiation sources. However, the large dismatch of the wavevector between SPPs and the electromagnetic waves in the free-space restricts the application of SPPs on the THz radiation sources. This project studies the problem of wavevector match of graphene SPPs and the physical mechanism of THz radiation from SPPs excited by an electron beam by the theoretical and experimental methods. The research contents include the study of the dispersion characteristics of graphene SPPs, the exploration of the method of wavevector match, the analysis of the underlying physics of THz generation by the electromagnetic theory, the optimization of the simulation results, and the experimental research of dispersion features of SPPs. This project aims at exploring a THz radiation source based on the electron beam excited graphene SPPs, and paving a way to develop novel THz radiation sources.
近年来,太赫兹科学技术快速发展,在物理学、化学、生物医学、材料科学、环境科学、信息科学和天文学等领域都取得了很多重要的成果,实现这些应用离不开太赫兹辐射源、功能器件和探测器等关键器件,随着应用的不断推进,对太赫兹辐射源的要求也更高,急需一种小型化、高功率密度、可调谐、覆盖整个太赫兹波段的辐射源。石墨烯是一种新颖的具有优异光电特性的二维材料,能支持太赫兹波段的表面等离子体波,其具有极强的场局域性和频率可调谐的优点。本项目提出利用电子注激发石墨烯表面等离子体波产生上述太赫兹辐射源的设想,主要研究了带介质薄层的石墨烯加载介质结构中表面等离子体波的色散特性,电子注激发表面等离子体波产生太赫兹辐射的物理机制以及通过实验验证了石墨烯表面等离子体波的色散特性。此外,我们还研究了电子注激发有“三维石墨烯”之称的狄拉克半金属表面等离子体波产生太赫兹辐射的物理机制。通过这些研究,取得了如下的研究成果:.(1)石墨烯表面等离子体波波矢远大于真空或介质中传输波的波矢,因此,石墨烯表面等离子体波不能直接转化为辐射波,我们采用结合多层石墨烯和在石墨烯与介质基底间加一缓冲层的方法,研究了调控石墨烯表面等离子体波的色散特性的物理机制,确定了其与介质基底中的传输波的波矢能匹配的条件。.(2)建立了电子注激发石墨烯表面等离子体波产生太赫兹辐射的物理模型,研究了辐射频率、功率等辐射特性以及电子注能量、石墨烯化学势和结构参数等对辐射特性的调谐。.(3)实验验证了石墨烯表面等离子体波的色散特性,证明此结构中表面等离子体波能转化为介质中的辐射波。.(4)电子注激发狄拉克半金属表面等离子体波可产生单频和双频太赫兹辐射,揭示了其中的物理机制和辐射特性。.(5)电子注激发狄拉克半金属光栅中的腔体表面等离子体波,在满足法布里—珀罗谐振条件时,可产生多频太赫兹辐射,且在有介质负载时,可同时产生切伦科夫和史密斯—帕塞尔辐射。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: 10.1364/oe.25.025919
发表时间: 2017-10
期刊: Optics express
影响因子: 3.8
作者: [S. Gong;Min Hu;R. Zhong;T. Zhao;Chao Zhang-;Shenggang Liu]
通讯作者: S. Gong;Min Hu;R. Zhong;T. Zhao;Chao Zhang-;Shenggang Liu
Quantum theory of surface polariton Cherenkov light radiation source and its fluctuation
表面极化子切伦科夫光辐射源及其涨落的量子理论
DOI: 10.1063/1.5086697
发表时间: 2019-05
期刊: Applied Physics Letters
影响因子: 4
作者: [Yu C, Liu S]
通讯作者: Liu S
Coherent terahertz Smith-Purcell radiation from Dirac semimetals grating with very deep and narrow slits
来自具有非常深且窄狭缝的狄拉克半金属光栅的相干太赫兹史密斯-珀塞尔辐射
DOI: 10.7567/apex.11.082801
发表时间: 2018
期刊: Applied Physics Express
影响因子: 2.3
作者: [Zhao Tao, Hu Min, Lien Zhen, Zhong Renbin, Gong Sen, Zhang Chao, Liu Shenggang]
通讯作者: Liu Shenggang
Surface plasmon polaritons light radiation source with asymmetrical structure
不对称结构的表面等离子体激元光辐射源
DOI: 10.1063/1.5000779
发表时间: 2018-01
期刊: AIP Advances
影响因子: 1.6
作者: [Zhong Renbin, Yu Chengpeng, Hu Min, Liu Shenggang]
通讯作者: Liu Shenggang
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    基于MXene-Graphene异构界面相互作用的太赫兹超宽带调制机理研究
    • 批准号:
      62375044
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      54万元
    • 批准年份:
      2023
    • 负责人:
      赵陶
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金