碳纳米管可以像切蛋糕那样轻松测量太赫兹激光功率

NIST的研究人员发现，密集阵列超长碳纳米管可吸收几乎所有长波长光线，有希望成为测量太赫兹（THz）激光器功率的原型检测器的涂料。

      太赫兹辐射可以穿透多种材料，如塑料、服装、纸张和一些生物组织，使其成为了隐藏武器探测、包裹检查和皮肤肿瘤成像等应用具有吸引力的候选者。

      然而，到目前为止，还没有测量太赫兹激光器绝对输出功率的标准方法，这是这种类型辐射的来源之一。现在，美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员发现，几乎所有密集阵列超长碳纳米管都可以吸收长波长光线，从而有望成为测量太赫兹激光功率的原型检测器有前途的涂料。

      

      垂直排列的碳纳米管阵列（VANTA）“蛋糕”生长在硅片上，在照片中呈现出紫色。一块VANTA可以用抹刀从硅上切下来，很容易移动到激光功率检测器的顶部。很暗的碳纳米管涂层可吸收太赫兹激光光源。（来源：Lehman/NIST）

      这项研究是NIST为美国第一个太赫兹工作范围激光器校准参考标准开发项目的一部分，涉及波长从100 μm的远红外线至1 mm的微波波段。

      NIST的项目负责人John Lehman表示：“太赫兹激光光源一直没有绝对功率测量可以使用。我们的客户需要校准。这种涂料看起来对太赫兹激光功率检测器是可行的。”

      该涂料被称为VANTA（垂直排列的碳纳米管阵列），有某种理想特性，它很容易处理。碳纳米管从几十微米到超过一毫米长，因此没有显微镜也可以看到其致密层。一块VANTA可以切分开来、抬起和像蛋糕一样搬运，使之很容易转移到硅片表面，让纳米管生长到激光功率检测器上。

      最重要的是涂层很暗。NIST的研究小组评估了三个平均长度为40和150 μm，以及1.5 mm 的VANTA样本，发现纳米管越长，反射的光线越少。1.5 mm版本几乎没有反射光，只是394 μm波长的1％。这样，人们有史以来第一次评估了太赫兹波长的VANTA反射，表明几乎所有抵达的激光光线都被吸收了，这将有助于激光功率的高精度测量。

      1.5 mm VANTA可比金黑色等涂料吸收更多的光线，但需要更多的工作来计算不确定和确定性因素，如光线角度的影响。该项目扩展了NIST在激光功率测量领域的悠久历史和Lehman在ultradark碳纳米管涂料方面的最新进展。

      VANTA也有理想的热性能。NIST的研究人员发现，该材料吸收和释放热量比其他黑色涂料更迅速，这将使得检测器能及时响应和更快地产生信号。否则，涂层厚度足以吸收长波长的光线，而不会有效地传输热量给检测器。

      基于开发中的太赫兹激光辐射测量能力，NIST正在开发一个用于常规测量的太赫兹激光器，以及一个热电测量激光功率的检测器。

      当热量施加到两种不同金属的结点时，这个简单的检测器设计可产生一个电压。NIST的研究人员使用VANTA涂覆一层原型热电堆。进一步的研究计划是设计可能会作为参考标准使用的检测器。研究人员的目的是在未来将检测器校准光谱范围扩大到1 THz至5 THz。

      这项工作的进一步详细描述见论文“采用碳纳米管阵列的辐射测量远红外热检测器”，J.H. Lehman etal，Applied Optics，可以通过以下链接访问：http://www.opticsinfobase.org/ao/abstract.cfm?URI=ao-50-21-4099