新型1微米波長GHz光波導集成激光制備（轉載）

近年來，超快脈沖激光由于其脈沖寬度窄、響應時間短、峰值功率高等優勢，引起了人們的廣泛關注，其中具有高重復頻率的鎖模激光器，如吉赫茲（GHz）激光脈沖，已被廣泛應用于高速通信、生物成像、非線性顯微鏡等多個超快光學領域及光子學器件中。

通常情況下，傳統的超快脈沖激光器由泵浦源、諧振腔、增益介質和可飽和吸收體構成。根據鎖模機制，可分為主動鎖模和被動鎖模兩種方式，其中，可飽和吸收體是被動鎖模的關鍵器件。常用的可飽和吸收體包括SESAM和二維材料等，然而，在激光設備和系統領域中，尋找低成本、穩定且寬波段的可飽和吸收材料依然是一個巨大的挑戰。

近來貴金屬納米顆粒憑借其獨特的局域表面等離激元共振效應，成為頗具前景的可飽和吸收材料之一。利用離子注入技術可以在介電材料內部合成金屬納米顆粒，通過激光晶體光波導與金屬納米顆粒相結合，使激光增益介質與可飽和吸收體的集成化成為可能，為開發新型集成光子學器件提供了新的思路。

山東大學的陳峰教授課題組在Chinese Optics Letters 2021年第19卷第2期上（C. Pang, et al., Multi-gigahertz laser generation based on monolithic ridge waveguide and embedded copper nanoparticles）報道了一種新型的1 μm波長GHz單片光波導激光的制備方法。該工作利用離子注入技術，依次在Nd:YAG晶體上注入C4+離子和Cu+離子，結合精密金剛石刀切割技術，實現了脊型光波導和銅納米顆粒的集成。利用波長為810 nm連續波激光作為泵浦源，基于波導模場與納米顆粒的倏逝場耦合效應，成功獲得了重復頻率為7.8 GHz，脈寬為24.8 ps的1 μm調Q鎖模波導激光脈沖。

(a)倏逝場耦合效應示意圖；(b)無銅納米顆粒樣品近場光強分布；(c)有銅納米顆粒樣品近場光強分布

與之前報道的傳統脈沖激光相比，該項工作提高了激光系統的集成化程度，將激光限制在微米量級尺度的光波導內部，同時將可飽和吸收體嵌入在光波導中，能夠長時間實現穩定高效運轉。研究人員認為，該方法具有較好的普適性，可以通過簡單更換激光晶體、調節注入離子種類、能量等方式，實現不同類型的集成光子學器件的制備。此外，該方法綠色環保無污染，成本低廉，能夠批量化處理，具有工業化生產與商業化應用的潛力。

該課題組未來的工作將專注于進一步優化激光制備系統，提升激光性能，實現高性能連續波鎖模激光輸出。此外，更多基于金屬納米顆粒和光波導的集成光子學器件的應用也在研究之中。

作者簡介

陳峰 山東大學

主要研究方向：光學晶體波導、離子束材料改性、飛秒激光微加工、波導激光、微納光子學結構

陳峰，教授、博士生導師，現任山東大學物理學院院長，晶體材料國家重點實驗室副主任。國家杰出青年科學基金獲得者（2009），政府特殊津貼專家（2010），IOP、SPIE會士，OSA高級會員以及德國洪堡學者。目前擔任中國物理學會理事/科普工作委員會委員、中國光學學會基礎光學專業委員會委員、山東物理學會理事長、山東省光學工程學會副理事長、IOP中國顧問委員會委員，Chinese Optics Letters副主編，Opt. Engineering副編輯，《物理》編委等職務。先后主持國家、省部級科研項目20項。獲得省部級科技獎勵兩項。發表SCI收錄論文300余篇，連續入選2014-2019年度中國高被引學者榜單，由Springer-Nature出版集團出版學術專著一部。在國際學術會議上做主旨報告、邀請報告60余次。

逄馳 山東大學

主要研究方向：離子束材料改性、波導激光、微納光子學結構

逄馳，山東大學物理學院在讀博士。通過CSC國家建設高水平大學公派留學計劃，目前在萊布尼茨物質與固體材料研究所進行博士生聯合培養。曾參研國家及省項目3項，發表發明專利2篇，在國內外高水平期刊上共發表論文21篇（第一作者論文8篇），其中有三篇論文被Small、Nanoscale及Advanced Optical Materials選為封面文章。在全國光學工程和光電子學博士生論壇獲優秀論文獎。