来源：美国莱斯大学；电子科技大学红外毫米波与太赫兹研究院 于曙超 编译

2016年，莱斯大学开发的超薄碳纳米管薄膜实现了超薄的宽带极化旋转器。高度对齐的单壁纳米管薄膜于2016年首次制作出来。
来源：Kono Laboratory/Rice University

    当你的努力充分地影响到你时，它总是很好的。

    因为光的巨大偏振旋转的发现，证明事实的确如此。

    几年前，莱斯大学物理学家Junichiro Kono和他的学生们首次制作了超薄、高度对齐的碳纳米管薄膜，结果发现里面有一个令人惊讶的现象：一个高性能的太赫兹偏振旋转的可能性。

    这种旋转并不意味着薄膜在旋转。这意味着来自激光或其他光源的偏振光现在可以用以前无法实现的方式来操纵，使它通过一个非常薄的设备完全可见或完全不透明。

    当光的线性偏振脉冲通过45纳米的薄膜并撞击它所在的硅表面时，这种独特的光学旋转就会发生。光在基底和薄膜之间反弹，然后最终反射回来，但其偏振变成了90度。

    Kono说，这只会在输入光的偏振处于相对于纳米管对准方向的特定角度时才发生：一个“魔法角度”。

    Kono实验室的博士后研究员Andrey Baydin的发现在《光学》中得到了详细介绍。这种现象可以通过改变基底的折射率和薄膜厚度来进行调整，它可以产生坚固、灵活的器件来操纵太赫兹波。

莱斯大学的物理学家们用超薄的碳纳米管薄膜制造出了独特的宽带偏振旋转器。薄膜光学旋转偏振光输出90度，但只有当输入光的偏振相对于纳米管对准方向处于特定角度时：“魔法角度”。来源：Kono Laboratory/Rice University

    Kono说，易于制造、能承受高温的超薄宽带偏振旋转器将解决太赫兹光学器件发展中的一个基本挑战。到目前为止，可用的庞大设备只能实现有限的偏振角，因此具有更多能力的紧凑设备是非常理想的。

    由于太赫兹辐射很容易通过塑料和硬纸板等材料，因此它们在制造、质量控制和过程监测中特别有用。他说，它们在电信系统和安全筛选中也很方便，因为许多材料在太赫兹范围内都有独特的光谱特征。

    “这一发现为波片开辟了新的可能性，” Baydin说。波片改变穿过它的光的偏振。在像用来分析材料分子成分的太赫兹光谱仪这样的设备中，能够调整偏振到完全90度将允许以更好的分辨率收集数据。

    Baydin又说：“我们发现，特别是在远红外波长下，也就是在太赫兹频率范围内，这种各向异性几乎是完美的。”基本上，垂直偏振没有衰减，平行方向显著衰减。

    “我们并不是在找这个，”他讲到。“这完全是一个惊喜。”

    Baydin说，理论分析表明，这种效应完全是由于高度对齐的纳米管薄膜的性质，这些薄膜非常薄，但直径约为2英寸。研究人员通过实验和计算机模型观察并证实了这种巨大的极化旋转。

    “通常，人们必须使用毫米厚的石英波板来旋转太赫兹极化，” Baydin说，他于2019年底加入了Kono Laboratory并在此后不久就发现了这一现象。“但就我们而言，薄膜只有纳米厚。”

    “如果你只是在实验室环境中使用它们，那么大而笨重的波片是很好的，但对于实际应用，你想要的是一个紧凑的设备，”Kono说。“Andrey的发现使它成为可能。”