將二維 (2D) 納米材料作為可飽和吸收體轉移到光波導表面對于提高 2D 納米材料的激光損傷閾值和脈沖波導激光器的激光功率具有極大的潛力。文章報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) 包層波導表面上的單層石墨烯的無源 Q 開關波導激光器的設計和制造。高能碳離子迫使單層石墨烯與波導表面緊密接觸，從而導致衰減波與石墨烯的良好耦合。在 TE 和 TM 偏振光泵浦下實現了具有高輸出功率、短脈沖持續時間和高重復率的高效 Q 開關脈沖波導激光器。在本次實驗的所有激光器中，最短脈沖時長為38.7 ns，是由TE光泵浦下離子輻照較大波導系統提供的。
圖1. （a）單層石墨烯轉移到Nd：YAG通道波導表面的示意圖。（b）用高能碳離子對波導上的單層石墨烯進行離子輻照的示意圖。（c）通過倏逝場相互作用的無源Q開關波導激光器實驗裝置示意圖。
圖2. Nd:YAG 晶體中兩個通道波導的光學端面圖像：(a) WG1 和 (b) WG2。從平面波導層收集的拉曼光譜：(c) WG1 和 (d) WG2。(e) Nd:YAG 波導表面單層石墨烯的光學成像。(f) 在單層石墨烯上的粉色點處測量的拉曼光譜。
圖3. (a) 無源 Q 開關波導激光器的光譜。Q 開關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系。使用離子輻照單層石墨烯作為 SA 時測量的激光模式分布：(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行 Q 開關脈沖波導激光器比較：(a) 和 (b) 脈沖持續時間，(c) 和 (d) 最短脈沖持續時間，(e) 和 (f) 重復率。
圖5. WG1 和 WG2 中輻照石墨烯和制備好的石墨烯進行 Q 開關脈沖波導激光比較：(a) 和 (b) 脈沖能量，(c) 和 (d) 峰值功率。
圖6. 離子輻照后無源Q開關波導激光器參數的提高。
相關研究成果由曲阜師范大學物理工程學院Linan Ma等人于2024年發表在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
轉自《石墨烯研究》公眾號
