將二維 (2D) 納米材料作為可飽和吸收體轉(zhuǎn)移到光波導(dǎo)表面對(duì)于提高 2D 納米材料的激光損傷閾值和脈沖波導(dǎo)激光器的激光功率具有極大的潛力。文章報(bào)告了在高能碳離子輻照下基于覆蓋在摻釹釔鋁石榴石 (Nd:YAG) 包層波導(dǎo)表面上的單層石墨烯的無源 Q 開關(guān)波導(dǎo)激光器的設(shè)計(jì)和制造。高能碳離子迫使單層石墨烯與波導(dǎo)表面緊密接觸，從而導(dǎo)致衰減波與石墨烯的良好耦合。在 TE 和 TM 偏振光泵浦下實(shí)現(xiàn)了具有高輸出功率、短脈沖持續(xù)時(shí)間和高重復(fù)率的高效 Q 開關(guān)脈沖波導(dǎo)激光器。在本次實(shí)驗(yàn)的所有激光器中，最短脈沖時(shí)長(zhǎng)為38.7 ns，是由TE光泵浦下離子輻照較大波導(dǎo)系統(tǒng)提供的。
圖1. （a）單層石墨烯轉(zhuǎn)移到Nd：YAG通道波導(dǎo)表面的示意圖。（b）用高能碳離子對(duì)波導(dǎo)上的單層石墨烯進(jìn)行離子輻照的示意圖。（c）通過倏逝場(chǎng)相互作用的無源Q開關(guān)波導(dǎo)激光器實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。
圖2. Nd:YAG 晶體中兩個(gè)通道波導(dǎo)的光學(xué)端面圖像：(a) WG1 和 (b) WG2。從平面波導(dǎo)層收集的拉曼光譜：(c) WG1 和 (d) WG2。(e) Nd:YAG 波導(dǎo)表面單層石墨烯的光學(xué)成像。(f) 在單層石墨烯上的粉色點(diǎn)處測(cè)量的拉曼光譜。
圖3. (a) 無源 Q 開關(guān)波導(dǎo)激光器的光譜。Q 開關(guān)操作的平均輸出功率與從 (b) WG1 和 (c) WG2 獲得的泵浦功率的關(guān)系。使用離子輻照單層石墨烯作為 SA 時(shí)測(cè)量的激光模式分布：(d) WG1 和 (e) WG2。
圖4. WG1 和 WG2 中輻照石墨烯和制備好的石墨烯進(jìn)行 Q 開關(guān)脈沖波導(dǎo)激光器比較：(a) 和 (b) 脈沖持續(xù)時(shí)間，(c) 和 (d) 最短脈沖持續(xù)時(shí)間，(e) 和 (f) 重復(fù)率。
圖5. WG1 和 WG2 中輻照石墨烯和制備好的石墨烯進(jìn)行 Q 開關(guān)脈沖波導(dǎo)激光比較：(a) 和 (b) 脈沖能量，(c) 和 (d) 峰值功率。
圖6. 離子輻照后無源Q開關(guān)波導(dǎo)激光器參數(shù)的提高。
相關(guān)研究成果由曲阜師范大學(xué)物理工程學(xué)院Linan Ma等人于2024年發(fā)表在Optics and Laser Technology (https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2024.110813 )上。原文：Passive waveguide lasers Q-switched by evanescent-field interaction with high-energy ion-irradiated monolayer graphene
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
