近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室在抑制色散鏡震蕩研究方面取得進(jìn)展。課題組基于表面減反膜阻抗匹配設(shè)計(jì)思想，采用啁啾膜系加傾斜沉積雕塑結(jié)構(gòu)低折射率SiO2膜層，設(shè)計(jì)和制備了低振蕩高色散鏡，實(shí)現(xiàn)單個(gè)色散鏡在680-920nm近240nm帶寬范圍內(nèi)提供平坦的-200fs2群延遲色散。這是相同帶寬范圍內(nèi)，群延遲色散量較大的設(shè)計(jì)結(jié)果，并首次實(shí)現(xiàn)單個(gè)雕塑結(jié)構(gòu)低振蕩色散鏡應(yīng)用于飛秒激光器系統(tǒng)進(jìn)行色散補(bǔ)償，激光脈沖通過低振蕩色散鏡2次，能夠獲得16fs超短脈沖輸出。

　　色散鏡具有反射率高及色散補(bǔ)償可精確控制等優(yōu)點(diǎn)，是超強(qiáng)超短脈沖激光系統(tǒng)中重要的色散補(bǔ)償元件之一。隨著超強(qiáng)超短脈沖技術(shù)的不斷發(fā)展，要求色散鏡具有很寬的工作帶寬和更大的色散補(bǔ)償量。由于色散鏡的帶寬、色散量、色散震蕩存在相互制約的關(guān)系，帶寬和色散量的增加必然導(dǎo)致色散振蕩的加劇，而色散振蕩會(huì)嚴(yán)重影響實(shí)際應(yīng)用中脈沖輸出質(zhì)量。傳統(tǒng)的色散振蕩多采用兩個(gè)鏡子色散曲線相互匹配來抑制。

　　采用傾斜沉積雕塑結(jié)構(gòu)SiO2膜層，折射率可調(diào)控至1.09(@800nm)，能較好地匹配空氣介質(zhì)，從而降低色散振蕩。通過離子束濺射工藝制備Nb2O5/SiO2高低折射率材料交錯(cuò)的啁啾膜系，并在此基礎(chǔ)上沉積雕塑結(jié)構(gòu)低折射率SiO2膜層。將制備的獲得單個(gè)低震蕩寬帶高色散鏡應(yīng)用于鈦寶石激光器系統(tǒng)中，反射兩次共提供-400fs2色散補(bǔ)償，可將100fs的激光脈沖壓縮至16fs。該研究發(fā)表于OpticalMaterialsExpress, 8(4)836 (2018)。

　　該研究獲國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)與中國(guó)工程物理研究院聯(lián)合基金(U1630140)、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)(2017289)、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B 類)(XDB1603)等資助。

　　圖1 低振蕩色散鏡的結(jié)構(gòu)示意圖：(a)雕塑結(jié)構(gòu)低振蕩色散鏡最優(yōu)設(shè)計(jì)膜層結(jié)構(gòu)圖;(b)低振蕩色散鏡各部分折射率示意圖

圖2 雕塑結(jié)構(gòu)低振蕩色散鏡壓縮應(yīng)用實(shí)驗(yàn)裝置示意圖?

　　圖3(a)最優(yōu)設(shè)計(jì)的群延遲色散曲線圖和反射率曲線(紅色曲線)，以及除去頂層低折射率SiO2層的結(jié)構(gòu)的群延遲色散曲線圖和反射率曲線(黑色曲線);(b)通過2次雕塑結(jié)構(gòu)低振蕩色散鏡后的壓縮脈沖FROG跟蹤