近年来，超快脉冲激光由于其脉冲宽度窄、响应时间短、峰值功率高等优势，引起了人们的广泛关注，其中具有高重复频率的锁模激光器，如吉赫兹（GHz）激光脉冲，已被广泛应用于高速通信、生物成像、非线性显微镜等多个超快光学领域及光子学器件中。

通常情况下，传统的超快脉冲激光器由泵浦源、谐振腔、增益介质和可饱和吸收体构成。根据锁模机制，可分为主动锁模和被动锁模两种方式，其中，可饱和吸收体是被动锁模的关键器件。常用的可饱和吸收体包括SESAM和二维材料等，然而，在激光设备和系统领域中，寻找低成本、稳定且宽波段的可饱和吸收材料依然是一个巨大的挑战。

近来贵金属纳米颗粒凭借其独特的局域表面等离激元共振效应，成为颇具前景的可饱和吸收材料之一。利用离子注入技术可以在介电材料内部合成金属纳米颗粒，通过激光晶体光波导与金属纳米颗粒相结合，使激光增益介质与可饱和吸收体的集成化成为可能，为开发新型集成光子学器件提供了新的思路。

山东大学的陈峰教授课题组在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)报道了一种新型的1 μm波长GHz单片光波导激光的制备方法。该工作利用离子注入技术，依次在Nd:YAG晶体上注入C⁴⁺离子和Cu⁺离子，结合精密金刚石刀切割技术，实现了脊型光波导和铜纳米颗粒的集成。利用波长为810 nm连续波激光作为泵浦源，基于波导模场与纳米颗粒的倏逝场耦合效应，成功获得了重复频率为7.8 GHz，脉宽为24.8 ps的1 μm调Q锁模波导激光脉冲。

与之前报道的传统脉冲激光相比，该项工作提高了激光系统的集成化程度，将激光限制在微米量级尺度的光波导内部，同时将可饱和吸收体嵌入在光波导中，能够长时间实现稳定高效运转。研究人员认为，该方法具有较好的普适性，可以通过简单更换激光晶体、调节注入离子种类、能量等方式，实现不同类型的集成光子学器件的制备。此外，该方法绿色环保无污染，成本低廉，能够批量化处理，具有工业化生产与商业化应用的潜力。

该课题组未来的工作将专注于进一步优化激光制备系统，提升激光性能，实现高性能连续波锁模激光输出。此外，更多基于金属纳米颗粒和光波导的集成光子学器件的应用也在研究之中。

(a)倏逝场耦合效应示意图；(b)无铜纳米颗粒样品近场光强分布；(c)有铜纳米颗粒样品近场光强分布

论文链接：https://www.researching.cn/articles/OJ6f01a001e3ccea66