华中科技大学、武汉光电国家研究中心Meng Deng等–石墨烯-二氧化硅混合波导上调Q脉冲的产生

芯片上的调Q激光源为激光加工、测距和变频应用铺平了道路。本文利用增加输入光功率的单层石墨烯-二氧化硅混合波导，实现了脉冲宽度为1.57 μs~ 5.06 μs、重复频率为47.23 kHz ~ 85.33 kHz的调Q脉冲，最大单脉冲能量为56.5 nJ。通过在石墨烯-二氧化硅混合波导上涂覆聚甲基丙烯酸甲酯层，增强了石墨烯与波导中传播光的相互作用。将调Q泵浦功率阈值降低了2.5倍，实现了脉宽为1.21 μs的调Q脉冲。此外，随着泵浦功率的增加，还观察到调Q锁模脉冲。

图1. (a) GSHW示意图。(b)悬臂式二氧化硅波导的SEM图像(c) GSHW的光学图像。(d)在红点处测量的GSHW的拉曼光谱。

图2. 单层石墨烯的表面动态电导率与其化学势的关系。

图3. GSHW的准-TE模态分布。(a)电场x分量。(b)电场y分量。(c)电场z分量。

图4. PGSHW的准-TE模态分布。(a)电场x分量。(b)电场y分量。(c)电场z分量。

图5. 与GSHWs集成的脉冲激光器的示意图。

图6. (a)泵浦功率为387 mW时CW态和调Q态的光谱。(b)示波器显示的调Q脉冲时域序列。插图显示了两个相邻脉冲的放大视图。

图7. (a)平均输出功率与泵浦功率之比。使用单层石墨烯的实验数据用黑色实心方块表示。(b)脉冲宽度和脉冲重复率随泵浦功率增加时的变化。(c)脉冲能量和脉冲峰值功率与泵浦功率的关系。

图8. (a)使用P-GSHW的激光腔调q脉冲的时域序列。插图显示了单个脉冲的波形。(b)调q锁模脉冲。插图显示了单个调q锁模脉冲包络的细节。

相关研究成果由华中科技大学、武汉光电国家研究中心Meng Deng等人于2023年发表在Optics and Laser Technology (https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.109140)上。原文：Generation of Q-switched pulses on a graphene-silica hybrid waveguide。