上海光机所知识创新工程工作简报 

（第三五四期）  

2014年11月3日  

上海光机所啁啾镜对研制取得重要进展 

　　近期，上海光机所中科院强激光材料重点实验室在色散反射镜研制上取得重要进展，在国内率先成功研制出可以获得10fs量级脉冲的钛宝石激光谐振腔内用两种啁啾镜对，并和中国科学院物理研究所L07组进行合作，开展了色散补偿的实验研究（如图1所示），实现了稳定锁模，获得的宽带光谱（如图2所示）可支持最窄7.7fs的脉冲。 

　　与传统的色散补偿器件光栅和棱镜对相比，啁啾镜具有损耗低、对光路不敏感、结构简单紧凑等优点，可支持高重复频率飞秒激光振荡器，被越来越广泛的应用到飞秒激光研究中，成为获得亚10fs超短脉冲激光不可缺少的色散补偿元件。由于色散镜在提供高反射率的同时须提供一定量的群延迟色散(Group delay dispersion，GDD)补偿，但随着补偿带宽的增加，色散振荡也愈加明显，因此必须通过啁啾镜对的形式加以补偿抑制。同时，因为啁啾色散介质膜的设计为啁啾结构，所以这种非规整膜系在制备上对膜层厚度误差非常敏感，1nm的误差都会导致制备结果与设计结果的偏离，这都给啁啾镜的设计和制备带来一系列的挑战。 

　　物理所采用上海光机所中科院强激光材料室提供的啁啾镜对（如图3和图4所示）用于掺钛蓝宝石激光谐振腔内的色散补偿实验中，第一组啁啾镜对在700-1020nm 波段内的GDD为-70±30fs2，反射率R>99.7%，并且在515-545nm波段内透过率T>99%，满足常用泵浦光的要求；第二组啁啾镜对在700-900nm波段内不仅具有-100±30fs2的较大色散补偿量，而且反射率R>99.9%。在稳定锁模的情况下，用干涉自相关仪测得脉宽约为10.5fs，输出平均功率达490mW。在基于国产啁啾镜获得的10fs量级的振荡器中，输出功率和效率都是最高的。 

　　相对于腔外的色散补偿，激光腔内对色散的振荡波纹要求更加苛刻，需要严格控制配对使用的啁啾镜，使其色散振荡的周期性波纹具有互补性以相互抵消，为此分两次完成的啁啾镜对的两个镜片的中心波长相对偏移量要控制在1nm左右，这对制备厚度的控制精度及工艺稳定性的掌控要求极高。该两种啁啾镜对的研制成功及应用实验结果，标志着上海光机所实现在高性能色散镜研制方面的技术突破，性能指标达到国际同类研究的先进水平。（中科院强激光材料重点实验室供稿） 

　　  

图1 飞秒掺钛蓝宝石激光振荡器光路中的啁啾镜对

　　图2 输出光谱：光谱底宽覆盖650-1000nm 

　　a.M4、M5反射率曲线　　b.M4、M5色散曲线  c.M4、M5实物图

　　图3  M4、M5（凹面啁啾镜）：R>99.7% @630-980nm&T>99%@515-545nm, GDD(700-1020nm)～-70±30fs²

  

a.M7、M8反射率曲线　　b.M7、M8色散曲线  c.M7、M8实物图

　　图4  M7、M8：R>99.9%@670-920nm, GDD(700-900nm)～-100±30fs²