论文标题：Hybrid graphene metasurfaces for high-speed mid-infrared light modulation and single-pixel imaging

期刊：

作者：Beibei Zeng et al

发表时间： 2018/8/22

数字识别码：10.1186/ s41377-018-0055-4

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超材料：中红外调制器

通过在硅集成的超表面上使用一种电可调谐的石墨烯，已经实现了用于中红外光的超快调制器与空间光调制器（SLMs）。来自美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、杜克大学以及美国亚利桑那州立大学的的Beibe Zeng及其合作者们共同设计并制造了一个调制深度为90％，调制速度超过1 GHz的调制器。该调制器为夹层结构，结构为一层纳米阵列金天线、一层石墨烯分布在一层Al2O3介电薄膜、非晶硅层以及由金制成的后反射镜层上。结构中还具有栅极和漏极电极以实现电可调谐功能。当将其构造为一个6×6像素阵列时，这个调制器便可以在中红外波段实现空间光调制以用于原理性验证高帧率单像素成像。

摘要

在过去的几十年中，红外光的产生和检测方面都取得了重大进展；然而，在对其有效的波前操纵和信息处理上仍然面临着巨大的挑战。中红外成像、传感、安全检查、通信和导航等方面都需要高效快速的光电调制器和空间光调制器。然而，它们的发展仍然面临着诸多困难，目前所报道的主流方法都或多或少存在缺陷，这些缺陷极大地限制了调制器的实际应用。

在本研究中，我们通过利用石墨烯和超表面，设计了一种高性能自由空间中红外调制器，它能够在低栅极电压和室温下以千兆赫兹的速度进行工作。进一步地，我们对这种杂化石墨烯的超表面进行像素化处理，以形成用于高帧率单像素成像的空间光调制器原型，我们认为其性能与传统的液晶或基于微镜的空间光调制器相比得到了数量级的提高。这项工作为必需快速时间和空间调制的红外技术的波前工程探索提供了可能性。

混合石墨烯超表面可实现电可调谐共振吸收

Abstract：

During the past decades, major advances have been made in both the generation and detection of infrared light; however, its efficient wavefront manipulation and information processing still encounter great challenges. Efficient and fast optoelectronic modulators and spatial light modulators are required for mid-infrared imaging, sensing, security screening, communication and navigation, to name a few. However, their development remains elusive, and prevailing methods reported so far have suffered from drawbacks that significantly limit their practical applications. In this study, by leveraging graphene and metasurfaces, we demonstrate a high-performance free-space mid-infrared modulator operating at gigahertz speeds, low gate voltage and room temperature. We further pixelate the hybrid graphene metasurface to form a prototype spatial light modulator for high frame rate single-pixel imaging, suggesting orders of magnitude improvement over conventional liquid crystal or micromirror-based spatial light modulators. This work opens up the possibility of exploring wavefront engineering for infrared technologies for which fast temporal and spatial modulations are indispensable.

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（来源：明升手机版(明升中国)）