二维材料能否实现纳米尺度的被动Q开关激光器？
光学
2025-05-28 v2 应用物理
摘要
实现兼容硅光子平台且具备吸引力性能指标的紧凑型芯片脉冲激光器，是当代纳米光子学中一个重要而尚未实现的目标。本文提出并回应了一个根本性问题：二维材料能否作为增益介质和饱和吸收介质，联合实现紧凑型集成被动Q开关纳米光子激光器。通过考察广泛的二维材料族群，本研究构建了包含半经典速率方程的时域耦合模理论框架，能够严格处理二维材料的增益和饱和吸收，允许覆盖广泛参数空间的稳定性和分岔分析。全面评估了通过不同二维材料可获得的脉冲列 Metrics（重复频率、脉冲宽度、峰值功率）。我们的工作表明，增强于二维材料的纳米光子腔体可实现被动Q开关，重复频率可达50~GHz，脉冲持续时间可缩短至几皮秒，峰值功率可超过数毫瓦。由于二维材料的超薄特性及其可电调特性，以及上述吸引力的性能指标，本文提出的平台展示了实现紧凑型且灵活集成激光源的潜力。
引用
@article{arxiv.2502.00431,
title = {Can 2D materials enable passively $Q$-switched lasers in the nanoscale?},
author = {Thomas Christopoulos and Johanne Hizanidis and Georgios Nousios and Emmanouil E. Kriezis and Odysseas Tsilipakos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.00431},
year = {2025}
}