近日，山東大學(xué)陳峰課題組在《Nanoscale》(影響因子為7.367)上發(fā)表題為“Plasmonic nanoparticles embedded in single crystals synthesized by gold ion implantation for enhanced optical nonlinearity and efficient Q-switched lasing”(Nanoscale 10, 4228-4236, 2018; DOI: 10.1039/C7NR07304F)的研究論文，報(bào)道了金離子注入Nd:YAG單晶中納米顆粒的合成及其光學(xué)特性。論文被選為Nanoscale當(dāng)期的封底(back cover)。該論文的*作者是博士研究生聶偉杰，通訊作者為陳峰教授。

研究通過(guò)金離子注入和熱退火處理在Nd:YAG晶體中合成了嵌入式納米球顆粒，產(chǎn)生表面等離激元共振效應(yīng)(SPR)，使得Nd:YAG晶體在可見(jiàn)光波段的線性和非線性吸收都顯著增強(qiáng)。其中，晶體的非線性吸收系數(shù)提升了5個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)表現(xiàn)出明顯的可飽和吸收特性。利用Au:YAG作為飽和吸收體，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)為639nm的調(diào)Q脈沖激光輸出。另外，通過(guò)改變金離子的注入劑量可以有效調(diào)控材料的線性和非線性光學(xué)性質(zhì)，從而為增強(qiáng)、調(diào)控介電材料的非線性性質(zhì)提供了一種新的方案，為在脈沖激光產(chǎn)生中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

研究使得Nd:YAG晶體在可見(jiàn)光波段的線性和非線性吸收都顯著增強(qiáng)。通過(guò)改變金離子的注入劑量可以有效調(diào)控材料的線性和非線性光學(xué)性質(zhì)，從而為增強(qiáng)、調(diào)控介電材料的非線性性質(zhì)提供了一種新的方案，為在脈沖激光產(chǎn)生中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。該項(xiàng)研究成果為后續(xù)研究開(kāi)展提供了方向，具有重要意義。

離子束是指以近似一致的速度沿幾乎同一方向運(yùn)動(dòng)的一群離子。離子源用以獲得離子束的裝置。在各類(lèi)離子源中，用得多的是等離子體離子源，即用電場(chǎng)將離子從一團(tuán)等離子體中引出來(lái)。這類(lèi)離子源的主要參數(shù)由等離子體的密度、溫度和引出系統(tǒng)的質(zhì)量決定。屬于這類(lèi)離子源的有:潘寧放電型離子源射頻離子源、微波離子源、雙等離子體源、富立曼離子源等。另一類(lèi)使用較多的離子源是電子碰撞型離子源，主要用于各種質(zhì)譜儀器中。

離子源的主要參數(shù)有：①離子束流強(qiáng)。即能夠獲得的有用離子束的等效電流強(qiáng)度，用電流單位A或mA表示。②有用離子百分比。即有用離子束占總離子束的百分比。一般來(lái)說(shuō)，離子源給出的總離子束包括單電荷離子、多電荷離子、各種分子離子和雜質(zhì)元素離子等的離子束。③能散度。由于離子的熱運(yùn)動(dòng)和引出地點(diǎn)的不同，使得離子源給出的離子束的能量對(duì)要求的單一能量有一定離散，一般希望能散度盡量小，在高精度的離子束應(yīng)用中尤其是這樣。④束的聚焦性能。以離子束的截面和張角表示。聚焦不好的離子束在傳輸過(guò)程中會(huì)使離子大量丟失。獲得良好聚焦特性的離子束的終障礙是束中離子之間的靜電排斥力，為了克服這一障礙，應(yīng)盡早使離子獲得較高能量。⑤離子源的效率。以離子束形式引出的工作物質(zhì)占總消耗的工作物質(zhì)的比例。⑥工作壽命。離子源一次安裝以后使用的時(shí)間。