液晶太赫茲光子學(xué)研究進(jìn)展

時間：TIME\@"yyyy'年'M'月'd'日'"2022年3月29日學(xué)海無涯頁碼：第1-頁共1頁液晶太赫茲光子學(xué)研究進(jìn)展液晶（liquidcrystal，LC）態(tài)是一種介于各向同性液態(tài)和固態(tài)（晶體）之間的中間態(tài)。液晶分子短程無序，但仍保持一定的長程（指向）有序，使其兼具液體的流動性和晶體的介電/光學(xué)各向異性。液晶技術(shù)在可見光波段，尤其顯示領(lǐng)域大放光彩［1-2］，從微波到紫外也大有可為［3-4］。液晶器件已逐漸成為制備低成本、高效率、動態(tài)可調(diào)光子學(xué)器件的典范［5-6］。

太赫茲（terahertz，THz）波泛指頻率在0.1~10THz范圍內(nèi)的電磁波，介于微波和紅外之間。由于THz波具有時空相干性好、光子能量低、通信容量大和穿透性高等特點(diǎn)，使得THz技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、通信傳感、無損檢測和成像等領(lǐng)域具有不可替代的應(yīng)用潛力［7-10］。但要推動THz技術(shù)的廣泛應(yīng)用，從組成THz系統(tǒng)的源、中間器件到THz探測器，在小型化、低成本、靈活可調(diào)等方面仍都面臨很大挑戰(zhàn)。液晶THz光子學(xué)技術(shù)被認(rèn)為是一種較為有效的策略來解決這些挑戰(zhàn)。本文總結(jié)了近年來基于液晶的THz源、THz可調(diào)光子學(xué)器件和THz探測器的研究進(jìn)展，并對未來液晶THz光子學(xué)的發(fā)展進(jìn)行簡要探討。

2基于液晶的THz源研究現(xiàn)狀

THz輻射源是THz科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的THz輻射源通常存在材料昂貴、體積龐大、系統(tǒng)復(fù)雜等缺點(diǎn)，同時對THz輻射的帶寬和偏振等光學(xué)參量調(diào)控受限。高效、靈活、寬頻的THz波產(chǎn)生及調(diào)控是THz源的重要研究方向。飛秒激光具有極短脈寬、極高峰值功率和超寬頻譜等特性，基于飛秒激光產(chǎn)生的THz輻射具有寬頻、室溫工作、波長可調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn)。固體、液體和氣體等均能基于飛秒激光產(chǎn)生THz輻射［11-16］，而介于固態(tài)和液態(tài)之間的液晶產(chǎn)生THz波的相關(guān)研究遲遲未見報道。液晶態(tài)與THz電磁波譜如圖1所示。液晶以其獨(dú)特的物理和光學(xué)性質(zhì)在非線性光學(xué)領(lǐng)域占有重要地位。幾乎所有光學(xué)非線性現(xiàn)象都已在液晶中觀測到，如自相位調(diào)制、超快光開關(guān)和空間光孤子等［17］。分子結(jié)構(gòu)無對稱中心的液晶材料本身易具有較高的非線性系數(shù)，液晶經(jīng)過取向后，其非線性系數(shù)比沒有取向的一般大5倍以上［18］。但關(guān)于液晶二階非線性效應(yīng)的報道并不多。王再江等人報道了5CB液晶在電場誘導(dǎo)下實現(xiàn)相位匹配且產(chǎn)生二次諧波，并測定其非線性系數(shù)張量［19］。2022年，Andy等人研究了液晶聚合物中二次諧波的產(chǎn)生［20］。關(guān)于飛秒激光和液晶相互作用的研究還不多。2022年，我們首次報道了利用飛秒激光激勵一種液晶材料，實現(xiàn)了橢圓偏振態(tài)的寬頻THz輻射現(xiàn)象［21］。

圖1液晶態(tài)與THz電磁波譜示意圖

Fig.1SchematicdiagramofTHzelectromagneticspectraandLCmesophases

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實驗裝置如圖2（a）所示，泵浦源使用中心波長為800nm，脈寬100fs，重復(fù)頻率為1kHz的鈦藍(lán)寶石飛秒激光器。入射的飛秒激光經(jīng)分束器（BS）分為泵浦光束和探測光束。泵浦光束通過焦距為50mm的透鏡作用在液晶盒產(chǎn)生THz輻射。此時液晶盒位于焦點(diǎn)前，處于離焦位置，液晶上的光斑直徑約為2mm。THz輻射由一組有效焦距為50.8mm（2in）的離軸拋物面反射鏡（OAPM）收集并準(zhǔn)直，黑色聚乙烯薄膜作濾光片用以阻擋剩余的泵浦激光。THz偏振片P1、P2用于探測THz波的偏振態(tài)。通過電光采樣法探測所產(chǎn)生的THz電場，線偏振的探測光束經(jīng)透鏡與產(chǎn)生的THz波一起會聚到1mm厚度、110取向的ZnTe上，THz波誘導(dǎo)電光晶體ZnTe的折射率發(fā)生改變，探測光束的偏振態(tài)從線偏振變?yōu)闄E圓偏振，通過光電探測器（PD）測量探測光束的橢偏度，從而確定THz波的電場強(qiáng)度。液晶盒由兩片平行的熔融SiO2基板作為襯底，通過框膠結(jié)合構(gòu)成，盒厚由180μm的Mylar膜控制，盒內(nèi)灌入一種向列型混合液晶NJU-LDn-4，2個襯底都旋涂有偶氮染料SD1作為光控取向?qū)?。對液晶進(jìn)行初始取向，其指向矢與y軸成45°夾角，平行于襯底均勻排列。該液晶混晶材料包含大量高度共軛的棒狀分子，具有較長的Π共軛電子結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)相對較大的液晶非線性效應(yīng)。在0.4~1.6THz范圍內(nèi)平均雙折射為0.306，且吸收損耗較低，沒有尖銳的吸收峰，產(chǎn)生的THz光譜不會出現(xiàn)明顯的吸收線［22］。

圖2（a）飛秒激光激勵液晶產(chǎn)生THz的實驗裝置圖，框圖為液晶盒構(gòu)成；（b）飛秒激光偏振方向與液晶指向矢不同夾角下產(chǎn)生的THz輻射時域波形圖和（c）相應(yīng)的THz頻譜［21］。BS：分束鏡；OAPM：離軸拋物面反射鏡；QWP：1/4波片；WP：Wollaston棱鏡；PD：光電探測器。

Fig.2（a）ExperimentalsetupofTHzgenerationinducedbyfemtosecondlaserinLC，theblockdiagramisLCcell；（b）TemporalTHzwaveformsoftheTHzemissionfromtheLCcellwithdifferentθand（c）correspondingFourier-transformedspectra［21］.BS：beamsplitter；OAPM：off-axisparabolicmirror；QWP：quarterwaveplate；WP：Wollastonprism；PD：photodetector.

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旋轉(zhuǎn)液晶盒改變飛秒激光偏振方向與液晶指向矢夾角，探測到的THz輻射時域波形圖如圖2（b）所示，此時泵浦光功率為30mW。在初始位置，液晶指向矢與泵浦光偏振夾角為45°時，產(chǎn)生的THz脈沖如黑色曲線所示。將液晶盒旋轉(zhuǎn)45°，使液晶指向矢與泵浦光偏振方向平行（θ=0°），此時產(chǎn)生的THz波電場強(qiáng)度大于θ=45°時的THz波，如紅色曲線所示。當(dāng)液晶指向矢垂直于泵浦光偏振方向（θ=90°），沒有明顯的THz輻射。相應(yīng)的THz頻譜如圖2（c）所示，θ=45°時，液晶產(chǎn)生的寬頻THz輻射中心頻率在1.2THz附近；當(dāng)θ=0°時，產(chǎn)生的THz波強(qiáng)度更大，頻譜更寬，且中心頻率右移至1.4THz處。觀測到的光譜差異可能與飛秒激光誘導(dǎo)的指向矢重新定向和相位匹配有關(guān)，指向矢重定向會改變液晶等效二階非線性極化率。

以不同功率的泵浦光束入射到液晶盒上，產(chǎn)生的時域波形如圖3（a）所示。泵浦功率為10mW時，產(chǎn)生的THz波太弱，難以觀測；當(dāng)泵浦功率增大到15mW時，探測到的THz波形已比較明顯，THz電場強(qiáng)度隨泵浦功率的增強(qiáng)而增大。30mW的泵浦功率產(chǎn)生的THz峰值電場強(qiáng)度約為15mW時的5倍；泵浦功率達(dá)到30mW以上時，THz電場強(qiáng)度增長減緩，35mW對應(yīng)的THz波的脈沖半寬度約為0.4ps。強(qiáng)激光脈沖激發(fā)空氣等離子體也可以輻射出THz波，為了證明THz波是由于液晶產(chǎn)生的，我們使用相同功率的飛秒激光分別激發(fā)玻璃襯底、空液晶盒，相同液晶層厚度、平行取向的液晶E7，都沒有產(chǎn)生THz輻射。經(jīng)計算，實驗中的飛秒激光脈沖功率密度不足以激發(fā)空氣等離子體產(chǎn)生THz輻射：功率35mW、光斑直徑2mm、脈沖寬度100fs、重復(fù)頻率1kHz的飛秒激光峰值功率密度為1.11×1010W/cm2，而空氣電離的閾值［15-16］約為1.5×1014W/cm2。進(jìn)一步探究了THz峰值電場強(qiáng)度與泵浦功率的關(guān)系，如圖3（b）所示，點(diǎn)表示實際測量的數(shù)據(jù)，線條為擬合曲線。可探測到THz輻射場的泵浦激光能量密度閾值約為0.3mJ/cm2，THz波飽和強(qiáng)度約為0.15V/cm，液晶的損傷閾值約為1.2mJ/cm2。曲線虛線部分為偏離趨勢。我們認(rèn)為，在泵浦能量密度低區(qū)，是噪聲的影響；而在高區(qū)，主要與雙光子吸收和液晶較低的損傷閾值有關(guān)。THz電場強(qiáng)度與泵浦激光能量密度呈明顯的線性關(guān)系，與其他晶體基于光整流效應(yīng)產(chǎn)生THz波的規(guī)律一致，初步判斷飛秒激光激發(fā)液晶是基于光整流效應(yīng)產(chǎn)生THz輻射。

圖3THz輻射和偏振特性。（a）THz時域波形圖［21］；（b）THz電場強(qiáng)度峰值和歸一化能量與泵浦光能量密度的關(guān)系［21］；（c）THz波時域三維軌跡圖；（d）THz波的橢圓率。

Fig.3TheTHzradiationandpolarizationproperties.（a）NormalizedTHzwaveformswithdifferentpumppowers［21］；（b）THzpeakelectricfieldandenergyfromLCasafunctionofthepumpfluence［21］；（c）Three-dimensionaltrajectoryplotofthetemporalwaveformsofTHzemission；（d）EllipticityofTHzwavesinfrequencydomain.

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進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，出射的THz波具有橢圓偏振態(tài)。THz波時域三維軌跡如圖3（c）所示，此時泵浦光功率為30mW。如圖3（d）所示，在0.8~2.0THz頻域內(nèi)的橢圓率均大于0，中心頻率1.2THz處的橢圓率為0.3，THz輻射為橢圓偏振，而一般基于光整流效應(yīng)產(chǎn)生的THz波均為線偏態(tài)。我們認(rèn)為這是強(qiáng)飛秒激光泵浦下液晶指向矢的重新定向引起的［23］。強(qiáng)飛秒激光泵浦可以打破平面取向液晶具有的中心對稱性［24］，這里強(qiáng)飛秒激光引起液晶材料的對稱中心偏離，有效對稱中心的缺失導(dǎo)致了液晶二階非線性的產(chǎn)生［25］。液晶不僅像一般電光晶體一樣，在飛秒激光作用下，基于光整流效應(yīng)產(chǎn)生THz輻射，而且在強(qiáng)飛秒激光泵浦下液晶被重新取向，導(dǎo)致了液晶非均勻的整體取向，從而產(chǎn)生了橢圓偏振的THz波。目前液晶的損傷閾值較低，很難通過增加飛秒激光泵浦功率來提高THz輻射強(qiáng)度。通過相位匹配可進(jìn)一步提高THz輻射強(qiáng)度，如何利用液晶陣列、透鏡或球面反射器等增強(qiáng)THz發(fā)射強(qiáng)度值得進(jìn)一步研究。

3基于液晶的THz中間器件研究現(xiàn)狀

近年來，液晶光取向技術(shù)的發(fā)展催生出一系列功能強(qiáng)大的液晶元件，為平面集成化的動態(tài)光場調(diào)控開辟了新道路［26］。2022年，Shen等人引入幾何相位的概念，設(shè)計棋盤格狀空間復(fù)用的透鏡相位，利用光控取向液晶技術(shù)實現(xiàn)了一種自旋選擇性THz平面透鏡，并驗證了其具有聚焦的電控開關(guān)特性［27］，如圖4（a）所示。與液晶類似，液晶聚合物（liquidcrystalpolymer，LCP）也具有寬波段光學(xué)各向異性特點(diǎn)。2022年，F(xiàn).Rutz等人展示了一種LCP具有較大的THz雙折射［28］；2022年Nakanishi等人對一種LCP進(jìn)行了偏振成像；但都沒有用LCP做成THz功能器件［29］。2022年，Shen等人進(jìn)一步提出基于LCP的平面THz光子元件［30］。首先將幾何相位信息寫入液晶取向中，然后紫外聚合得到特定功能的波前調(diào)制元件，實現(xiàn)了THz偏振調(diào)控、波束偏轉(zhuǎn)、可調(diào)聚焦、渦旋光束及貝塞爾光束產(chǎn)生等一系列功能，如圖4（b）所示。由于聚合后結(jié)構(gòu)化取向圖案被固定下來，LCP器件不再需要基板，無需外加電場或磁場調(diào)控，本身的形變可帶來動態(tài)調(diào)制效果，且在滿足半波條件時可達(dá)到近乎100%高效調(diào)制。該類器件具有柔性自支撐、機(jī)械形變動態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)定性良好等優(yōu)點(diǎn)。

圖4基于液晶和液晶聚合物的THz光學(xué)元件［27，30］。（a）THz自旋可選擇透鏡；（b）THz平面光子學(xué)器件。

Fig.4THzopticalcomponentsbasedonLCandLCP［27，30］.（a）Spin-selectedTHzlens；（b）PlanarTHzphotonics.

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將液晶和超材料、石墨烯等相結(jié)合，可實現(xiàn)THz液晶器件的多功能化［31］。Tao等人設(shè)計了一種液晶集成金屬超表面器件，實現(xiàn)了透反射雙工作模式的THz波調(diào)制［32］，如圖5（a）所示。由于可編碼控制像素化電極，該器件可實現(xiàn)空間灰階強(qiáng)度調(diào)制，如圖5（b）所示。Shen等人將液晶幾何相位與介質(zhì)超表面的諧振相位結(jié)合，再集成石墨烯透明電極，實現(xiàn)了THz波聚焦色散的主動調(diào)控［33］，如圖5（c）所示。不加電時，可實現(xiàn)0.9~1.4THz寬帶消色差的聚焦；施加75V方波信號，透鏡焦距隨頻率增大顯著減小。該透鏡在寬帶內(nèi)的平均調(diào)制效率為30%。利用該方法還可設(shè)計實現(xiàn)色散可調(diào)的THz波束偏折器。

圖5結(jié)合超材料、石墨烯的液晶THz光學(xué)器件［32-33］。（a）、（b）液晶集成金屬超表面THz透反雙功能調(diào)制器；（c）液晶集成介質(zhì)超表面和石墨烯THz可調(diào)超透鏡。

Fig.5LCTHzopticalcomponentswithmetamaterialsandgraphene［32-33］.（a），（b）TransflectivespatialTHzmodulator；（c）THzmetalenswithtunablechromaticaberration.

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液晶器件與現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步增強(qiáng)了對THz波的調(diào)控能力［34-35］。2022年，Liu等人設(shè)計了一種基于液晶的透射式數(shù)字編碼超表面，在實驗中實現(xiàn)了30°的THz波最大偏轉(zhuǎn)角［36］。Wu等人設(shè)計了一種基于液晶的反射式THz可編程超表面［37］，如圖6（a）所示。通過切換每個單元的“0”或“1”的狀態(tài)動態(tài)地控制超表面上的相位分布，THz波偏轉(zhuǎn)角可達(dá)32°。2022年，Li等人設(shè)計了一種液晶THz空間光調(diào)制器，如圖6（b）所示，進(jìn)一步開發(fā)了自校準(zhǔn)成像算法，實現(xiàn)了雙色THz壓縮感知成像，為低成本、實用化的THz單像素多光譜成像技術(shù)開辟了一條新途徑［38］。

圖6與FPGA技術(shù)結(jié)合的液晶THz器件［37-38］。（a）反射式可編程超表面；（b）雙色THz空間光調(diào)制器用于單像素成像。

Fig.6LCTHzdeviceswithFPGAtechnology［37-38］.（a）Reflectiveprogrammablemetasurface；（b）Dual-colorTHzspatiallightmodulatorforsingle-pixelimaging.

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Chen等人利用向列相液晶的布魯斯特臨界角對THz波進(jìn)行振幅和相位調(diào)制。在0.2~1.6THz范圍內(nèi)，平均強(qiáng)度調(diào)制深度超過99.6%；在0.4~1.8THz范圍內(nèi)，實現(xiàn)了高精度偏振轉(zhuǎn)換［39］。Hsieh等人設(shè)計了一種磁場調(diào)控的液晶THz消色差波片，該裝置相位延遲在0.2~0.5THz范圍內(nèi)可達(dá)90°，工作頻率可變換至0.3~0.7THz，還可以通過多個波片的組合來擴(kuò)展帶寬［40］。2022年，Zhang等人研究了膽甾相液晶對THz手性態(tài)的主動調(diào)控，發(fā)現(xiàn)其具有較強(qiáng)的THz熱光特性和圓二色性［41］。Shih等人研究了光、熱調(diào)控染料摻雜液晶的THz強(qiáng)度調(diào)制器［42］。2022年Ji等人報道了一種碳納米管薄膜既作為液晶取向?qū)佑肿鳛橥该麟姌O驅(qū)動液晶的THz器件［43］。摻入各種顆粒來增強(qiáng)液晶調(diào)控THz能力的研究也相繼被報道［44-46］。上述液晶THz器件在某些性能指標(biāo)上已有所突破，對推動THz技術(shù)的應(yīng)用起到了重要的促進(jìn)作用，但綜合性能還有待進(jìn)一步提高。

4基于液晶的THz探測器研究現(xiàn)狀

基于電子學(xué)和光子學(xué)諸多方法的THz探測器已經(jīng)取得很大進(jìn)展，但通常所需系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本昂貴，功能單一，應(yīng)用范圍受限，且許多性能指標(biāo)已接近理論極限，詳見表1。如何實現(xiàn)便宜、高效和易于使用的THz探測器，仍是目前重點(diǎn)研究內(nèi)容。

表1各種THz探測器比較

Tab.1ComparisonofvariousTHzdetectors

探測器類型原理可探測參數(shù)功能器件不足/優(yōu)點(diǎn)

非相干探測［47-48］PyroelectricTHz功率THz功率計、光斑分析儀需要電路，成本高。

Microbolometer

相干探測［49］外差法探測THz頻率、振幅、相位

THz頻

譜儀需要本地震蕩源，體積大，成本高。

基于超快激光THz脈沖探測THz時域光譜儀需要飛秒激光等，體積龐大，速度慢，成本高。

一種GolayCell［50］熱光效應(yīng)THz功率THz功率計探測范圍小，速度慢。

一種可視化THz探測器［51］THz光熱色效應(yīng)THz功率THz功率計、光斑分析儀等探測范圍大，體積小，速度快，成本低。

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基于熱效應(yīng)的THz探測器，不受材料禁帶寬度的限制，可實現(xiàn)THz寬帶探測，最有可能被廣泛應(yīng)用，其優(yōu)勢有待充分發(fā)揮。受益于可見光波段成熟的高靈敏探測技術(shù)，如果能將對THz輻射的測量通過熱效應(yīng)轉(zhuǎn)化為對可見光進(jìn)行探測，那么分析可見光的變化特性就可以得到THz波的特性。基于溫敏膽甾相液晶的THz可視化探測可以實現(xiàn)上述功能，是一種比較新穎、實用的探測THz的方法［52-54］。

膽甾相液晶的指向矢呈螺旋分布，折射率沿螺旋軸方向呈周期性變化，即具有1D光子晶體結(jié)構(gòu)，微小的溫度變化會引起螺距相應(yīng)變化，從而造成液晶的光學(xué)性質(zhì)（包括選擇反射、旋光性等）強(qiáng)烈變化，可視為一種結(jié)構(gòu)色溫度傳感器。將其膠囊化，可免受外界環(huán)境中水蒸氣、二氧化碳、紫外線和化學(xué)蒸汽等影響，作為固體使用和保存，同時制成的懸浮液可以隨意地取用以及涂覆于不同材料上。球形的膠囊可保證膽甾相液晶全方位的選擇反射特性，只需要探測反射光即能對信息進(jìn)行無接觸光學(xué)讀取。

我們前期已設(shè)計實現(xiàn)了一種基于膽甾相液晶膠囊（capsulizedcholestericliquidcrystal，CCLC）的薄膜用于探測THz功率［55］，但CCLC薄膜對THz波吸收率（60%）仍不夠高，無法有效地加熱CCLC薄膜以實現(xiàn)高效可視化探測。為了獲得高效實用的THz探測器，需要結(jié)合新的材料來提高THz吸收率。三維多孔石墨烯（threedimensionalporousgraphene，3DPG）具有高孔隙率，有效降低了材料的等效折射率，使得THz波在其表面的反射率大大降低，能夠輕松進(jìn)入內(nèi)部，然后在孔隙內(nèi)經(jīng)歷多次散射、反射，可實現(xiàn)在非常寬的頻率范圍內(nèi)都保持很低的表面反射和較高的吸收率，同時在較大的入射角范圍內(nèi)都能保持穩(wěn)定的吸收特性。黃毅教授組展示了一種超低密度和可調(diào)節(jié)光學(xué)特性的三維石墨烯泡沫，其具有微弱的表面反射和巨大的內(nèi)部吸收［56］，在0.1~1.2THz范圍內(nèi)具有優(yōu)異的THz吸收性能，其反射損耗只有19dB。更重要的是，石墨烯很高的電荷載流子遷移率和良好的導(dǎo)熱特性使得3DPG成為構(gòu)建新型THz高效探測器件的理想材料［57］。

2022年，我們首次將CCLCs嵌入3DPG進(jìn)行可視化THz功率探測［51］，如圖7所示。3DPG在0.5~2THz范圍內(nèi)具有超過97%的高吸收率，利用溫度超靈敏CCLC的熱色特性，對穩(wěn)態(tài)下THz功率進(jìn)行了可視化定量研究，THz探測強(qiáng)度高達(dá)2.77×102mW/cm2，最低探測功率僅為0.009mW。整個器件厚度只有約0.5mm。該可視化探測器結(jié)構(gòu)簡單便攜、成本低廉、高效實用，可應(yīng)用于THz系統(tǒng)的對準(zhǔn)、THz波的光束分析以及THz成像和傳感等。

圖7基于CCLC的THz可視化探測［51］。（a）CCLCs摻入3DPG的示意圖和樣品的顯微圖、SEM圖和3DPG拉曼光譜；（b）3DPG和嵌有CCLCs的3DPG對THz的吸收特性；（c）基于顯微成像系統(tǒng)可視化THz功率探測裝置；（d）探測的THz功率可視化結(jié)果。

Fig.7VisualizationofTHzbasedonCCLC［51］.（a）Micrographof3DPGembeddedwithCCLCs，scanningelectronmicroscopy（SEM）imageof3DPGwithCCLCsandRamanspectrumof3DPG；（b）THzabsorptionsof3DPGembeddedwithCCLCs；（c）ExperimentalsetupofTHzpowervisualization；（d）THzintensities’dependenceofhuedigitalizedfromthepicturesoftheCCLC.

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研究發(fā)現(xiàn)，相較于單顆CCLC顏色變化的Hue值與THz功率的非線性關(guān)系，多顆CCLC隨THz功率的顏色變化Hue值與THz探測功率成線性依賴，可以更好地用于THz檢測。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，3DPG上濺射少量金納米顆粒后，THz功率與CCLC的Hue值亦呈線性關(guān)系［58］，如圖8所示。金納米顆粒的加入在一定程度上增強(qiáng)了THz吸收，同時金納米顆粒具有高熱導(dǎo)率，其優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換特性可以將吸收的光能迅速轉(zhuǎn)換為熱能，增強(qiáng)了吸收進(jìn)3DPG中的THz波的光熱轉(zhuǎn)換和熱量傳遞，使得CCLC溫度響應(yīng)更顯著。

圖8含有金納米顆粒的3DPG中CCLC的Hue值與THz功率的對應(yīng)關(guān)系［58］

Fig.8RelationshipbetweenHuevalueofaCCLCembeddedin3DPGwithgoldnanoparticlesandTHzpower［58］

下載:原圖|高精圖|低精圖

但以上工作對THz的特定頻率和偏振特性尚無法具體探測。石墨烯超材料器件可以實現(xiàn)對THz波頻率和偏振等特性的調(diào)控。各種石墨烯微結(jié)構(gòu)制備方法中，激光誘導(dǎo)石墨烯（laser-inducedgraphene，LIG）法是一種非常方便、快捷的新手段［59］。目前首都師范大學(xué)張巖課題組近期用LIG方法成功制備了3DPGTHz石墨烯光柵和菲涅爾波帶片［60］。通過調(diào)整激光加工參數(shù)，可對LIG構(gòu)性進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而定制對特定THz頻率的吸收率。我們已經(jīng)設(shè)計制備出了基于LIG法的3DPG微結(jié)構(gòu)THz吸收器和濾波器［61-62］。LIG法制備3DPG微結(jié)構(gòu)THz器件結(jié)合CCLCs進(jìn)行THz光場可視化探測值得深入研究。

5總結(jié)與展望

THz技術(shù)仍需不斷突破瓶頸，將液晶技術(shù)應(yīng)用到THz領(lǐng)域為我們帶來機(jī)遇。THz源方面，還需深入研究基于液晶產(chǎn)生THz輻射的物理機(jī)制。首先需要尋找高二階非線性系數(shù)、低損耗、高閾值的液晶材料。新型液晶，如鐵電向列相［63-64］，尤其是螺旋鐵電向列相液晶［65］，具有較大的二階非線性