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近期，中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室在抑制色散镜震荡研究方面取得进展。课题组基于表面减反膜阻抗匹配设计思想，采用啁啾膜系加倾斜沉积雕塑结构低折射率SiO2膜层，设计和制备了低振荡高色散镜，实现单个色散镜在680-920nm近240nm带宽范围内提供平坦的-200fs2群延迟色散。这是相同带宽范围内，群延迟色散量较大的设计结果，并首次实现单个雕塑结构低振荡色散镜应用于飞秒激光器系统进行色散补偿，激光脉冲通过低振荡色散镜2次，能够获得16fs超短脉冲输出。
色散镜具有反射率高及色散补偿可精确控制等优点，是超强超短脉冲激光系统中重要的色散补偿元件之一。随着超强超短脉冲技术的不断发展，要求色散镜具有很宽的工作带宽和更大的色散补偿量。由于色散镜的带宽、色散量、色散震荡存在相互制约的关系，带宽和色散量的增加必然导致色散振荡的加剧，而色散振荡会严重影响实际应用中脉冲输出质量。传统的色散振荡多采用两个镜子色散曲线相互匹配来抑制。
采用倾斜沉积雕塑结构SiO2膜层，折射率可调控至1.09(@800nm)，能较好地匹配空气介质，从而降低色散振荡。通过离子束溅射工艺制备Nb2O5/SiO2高低折射率材料交错的啁啾膜系，并在此基础上沉积雕塑结构低折射率SiO2膜层。将制备的获得单个低震荡宽带高色散镜应用于钛宝石激光器系统中，反射两次共提供-400fs2色散补偿，可将100fs的激光脉冲压缩至16fs。该研究发表于OpticalMaterialsExpress, 8(4)836 (2018)。
该研究获国家自然科学基金委员会与中国工程物理研究院联合基金(U1630140)、中科院青年创新促进会(2017289)、中科院战略性先导科技专项(B 类)(XDB1603)等资助。
图1 低振荡色散镜的结构示意图：(a)雕塑结构低振荡色散镜最优设计膜层结构图;(b)低振荡色散镜各部分折射率示意图
图2 雕塑结构低振荡色散镜压缩应用实验装置示意图
图3(a)最优设计的群延迟色散曲线图和反射率曲线(红色曲线)，以及除去顶层低折射率SiO2层的结构的群延迟色散曲线图和反射率曲线(黑色曲线);(b)通过2次雕塑结构低振荡色散镜后的压缩脉冲FROG跟踪
