Abstract: Освоение терагерцового диапазона частот сопряжено с необходимостью создания оптических компонентов, способных управлять пространственным профилем, интенсивностью и фазой излучения. Для этого необходимо решить две задачи: поиск подходящих материалов и разработка технологий их микроструктурирования, которые должны быть простыми, быстрыми и не приводить к деградации интересующих нас свойств. Углеродные материалы благодаря полиморфизму аллотропных форм обладают широким разнообразием терагерцовых свойств, что открывает возможности для проектирования устройств с заданными характеристиками. В последнее десятилетие для таких целей активно развивается методика создания метаповерхностей с помощью мощного лазерного излучения.Такой подход позволяет бесконтактно, на воздухе, локально изменять морфологию материала и, как следствие, его электромагнитные свойства. В настоящем докладе обобщены экспериментальные результаты по лазерному синтезу гибридных метаповерхностей на основе различных углеродных наноматериалов. В качестве исходных платформ рассматриваются три ключевых объекта: массивы многослойных углеродных нанотрубок, тонкопленочные материалы на основе функциональных производных графена и поликристаллические алмазные пленки. Структура, строение и свойства лазерноструктурированных углеродных материалов определяется как исходной структурой материала, так и параметрами излучения. В зависимости от типа гибридизации углерода реализуются разные механизмы взаимодействия с лазерным излучением. Для материала на основе sp2-гибридизованного углерода при мягких режимах обработки происходит преимущественно дефункционализация поверхности. При увеличении мощности лазера начинает преобладать окисление поверхности материала, которое приводит к удалению облученных областей и формированию элементов фазовых и амплитудных модуляторов. В случае sp³-гибридизованных углеродных материалов абляция облучаемых участков сопровождается графитизацией поверхности смежных областей, что расширяет возможности для создания гибридных структур. Показано, что лазерное микроструктурирование массивов вертикально ориентированных углеродных нанотрубок позволяет создавать широкополосные поглотители и гибкие поляризационные элементы с перестраиваемой прозрачностью в терагерцовом диапазоне. Сформированные метаповерхности обеспечивают высокую степень поляризации проходящего излучения (до 0.90) и открывают возможность реализации линз Френеля с высокой дифракционной эффективностью. Кроме того, в структурированных пленках фторированного графена и алмазных пленках обнаружено проявление резонансных свойств, связанных с возбуждением волноводных мод. Это позволяет конструировать резонансные терагерцовые элементы с выраженным поляризационно-зависимым откликом. Также показана возможность использования полученных систем в качестве ТГц-сенсоров, чувствительных к изменениям диэлектрической проницаемости окружающих сред.

Cite: Седельникова О.В. , Городецкий Д.В. , Поддубская О.Г. , Волынец Н.И. , Булушева Л.Г. , Окотруб А.В.
Компоненты терагерцовой оптики на основе лазерноструктурированных углеродных материалов
Вторая Балтийская школа по наноуглеродным материалам «Получение и применение мезо- и нано-структурированных функциональных углеродных материалов» 04-08 окт. 2026