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)室與強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員，基于激光脈沖與多層介質(zhì)薄膜作用，精確控制入射角度改變引起的脈沖在每一膜層反射和透射相位變化，設(shè)計(jì)得到了色散補(bǔ)償量隨入射角度調(diào)諧的超快激光色散薄膜，實(shí)現(xiàn)了壓縮脈寬的連續(xù)可調(diào)節(jié)。相關(guān)成果發(fā)表在[Optics Letters, 44(24), 6053 (2019)]。 

　　色散薄膜通過精確控制膜層厚度，實(shí)現(xiàn)調(diào)控超快激光系統(tǒng)色散，是獲得超短脈沖重要的薄膜元件。色散薄膜具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、高階色散精確可控等優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)的色散薄膜其色散補(bǔ)償量是固定的，不能像棱鏡或者光柵等一樣實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧。 

　　研究人員基于多層介質(zhì)薄膜對(duì)飛秒激光進(jìn)行傳輸時(shí)（見圖1-圖3），入射角度改變引起脈沖穿過的膜層光學(xué)厚度的變化，通過控制脈沖在每一膜層反射和透射的相位改變，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)鏡子（CM1和CM2）的群延遲補(bǔ)償色散（Group delay dispersion，GDD）曲線斜率相匹配，經(jīng)改變一個(gè)鏡子的入射角，獲得總的GDD連續(xù)變化。色散可調(diào)諧啁啾鏡克服了傳統(tǒng)色散薄膜無法調(diào)諧色散補(bǔ)償量的缺點(diǎn)，使色散鏡在超快激光系統(tǒng)中可提供靈活的色散補(bǔ)償，為高質(zhì)量的脈沖輸出提供了保障。在該項(xiàng)研究中，通過入射角在一個(gè)色散鏡從40°到50°的調(diào)節(jié)，脈沖在單個(gè)鏡子上反射4次，實(shí)現(xiàn)總色散補(bǔ)償量連續(xù)從300fs²到-300fs²可調(diào)，使脈沖寬度從108 fs持續(xù)調(diào)諧到47.7 fs。 

　　此外，研究團(tuán)隊(duì)基于諧振效應(yīng)，有效結(jié)合了四分之一波長(zhǎng)和共振腔的膜層初始設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將薄膜的色散補(bǔ)償能力提高到一個(gè)新的水平，設(shè)計(jì)并制備了在1035 - 1045 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)GDD為-20 000 fs²的大色散量超快激光薄膜，通過10次反射，實(shí)現(xiàn)從2.8 ps到213 fs的激光脈沖壓縮（見圖4）。大色散量薄膜為超快激光系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)精確的色散補(bǔ)償和簡(jiǎn)化啁啾脈沖放大系統(tǒng)提供了一種新的途徑。相關(guān)成果發(fā)表在[IEEE Photonics Technology Letters, 32, 113 (2020)]。 

　　相關(guān)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）等的支持。 

　　論文鏈接：1 2 

　　圖1 可調(diào)諧色散薄膜色散曲線示意圖：(a) CM1色散補(bǔ)償曲線隨入射角變換而平移，啁啾鏡CM2色散補(bǔ)償曲線為一固定值。(b) CM1和CM2總的二階色散補(bǔ)償量隨角度調(diào)諧 

　　圖2 脈沖壓縮實(shí)驗(yàn)示意圖，其中插圖(a)是脈沖光譜 

　　圖3 可調(diào)諧色散薄膜應(yīng)用在飛秒激光系統(tǒng)得到可調(diào)諧脈沖輸出 

　　圖4 (a) 基于三腔式結(jié)構(gòu)色散鏡膜系。(b) 脈沖壓縮后脈寬自相關(guān)曲線。(c) 脈沖壓縮前脈寬自相關(guān)曲線