将二维 (2D) 纳米材料作为可饱和吸收体转移到光波导表面对于提高 2D 纳米材料的激光损伤阈值和脉冲波导激光器的激光功率具有极大的潜力。文章报告了在高能碳离子辐照下基于覆盖在掺钕钇铝石榴石 (Nd:YAG) 包层波导表面上的单层石墨烯的无源 Q 开关波导激光器的设计和制造。高能碳离子迫使单层石墨烯与波导表面紧密接触，从而导致衰减波与石墨烯的良好耦合。在 TE 和 TM 偏振光泵浦下实现了具有高输出功率、短脉冲持续时间和高重复率的高效 Q 开关脉冲波导激光器。在本次实验的所有激光器中，最短脉冲时长为38.7 ns，是由TE光泵浦下离子辐照较大波导系统提供的。
图1.（a）单层石墨烯转移到Nd：YAG通道波导表面的示意图。（b）用高能碳离子对波导上的单层石墨烯进行离子辐照的示意图。（c）通过倏逝场相互作用的无源Q开关波导激光器实验装置示意图。
图2. Nd:YAG 晶体中两个通道波导的光学端面图像：(a) WG1 和 (b) WG2。从平面波导层收集的拉曼光谱：(c) WG1 和 (d) WG2。(e) Nd:YAG 波导表面单层石墨烯的光学成像。(f) 在单层石墨烯上的粉色点处测量的拉曼光谱。
图3. (a) 无源 Q 开关波导激光器的光谱。Q 开关操作的平均输出功率与从 (b) WG1 和 (c) WG2 获得的泵浦功率的关系。使用离子辐照单层石墨烯作为 SA 时测量的激光模式分布：(d) WG1 和 (e) WG2。
图4. WG1 和 WG2 中辐照石墨烯和制备好的石墨烯进行 Q 开关脉冲波导激光器比较：(a) 和 (b) 脉冲持续时间，(c) 和 (d) 最短脉冲持续时间，(e) 和 (f) 重复率。
图5. WG1 和 WG2 中辐照石墨烯和制备好的石墨烯进行 Q 开关脉冲波导激光比较：(a) 和 (b) 脉冲能量，(c) 和 (d) 峰值功率。
图6. 离子辐照后无源Q开关波导激光器参数的提高。
相关研究成果由曲阜师范大学物理工程学院Linan Ma等人于2024年发表在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
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