中國科學院上海光學精密機械研究所薄膜光學實驗室與強場激光物理國家重點實驗室的科研人員，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，設計得到了色散補償量隨入射角度調(diào)諧的超快激光色散薄膜，實現(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，但傳統(tǒng)的色散薄膜其色散補償量是固定的，不能像棱鏡或者光柵等一樣實現(xiàn)可調(diào)諧。 

　　研究人員基于多層介質(zhì)薄膜對飛秒激光進行傳輸時（見圖1-圖3），入射角度改變引起脈沖穿過的膜層光學厚度的變化，通過控制脈沖在每一膜層反射和透射的相位改變，實現(xiàn)兩個鏡子（CM1和CM2）的群延遲補償色散（Group delay dispersion，GDD）曲線斜率相匹配，經(jīng)改變一個鏡子的入射角，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)諧色散補償量的缺點，使色散鏡在超快激光系統(tǒng)中可提供靈活的色散補償，為高質(zhì)量的脈沖輸出提供了保障。在該項研究中，通過入射角在一個色散鏡從40°到50°的調(diào)節(jié)，脈沖在單個鏡子上反射4次，實現(xiàn)總色散補償量連續(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，研究團隊基于諧振效應，有效結(jié)合了四分之一波長和共振腔的膜層初始設計結(jié)構(gòu)，將薄膜的色散補償能力提高到一個新的水平，設計并制備了在1035 - 1045 nm波長范圍內(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)中實現(xiàn)精確的色散補償和簡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)工作得到國家自然科學基金、中科院青年創(chuàng)新促進會基金、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（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色散補償曲線隨入射角變換而平移，啁啾鏡CM2色散補償曲線為一固定值。(b) CM1和CM2總的二階色散補償量隨角度調(diào)諧 

　　圖2 脈沖壓縮實驗示意圖，其中插圖(a)是脈沖光譜 

　　圖3 可調(diào)諧色散薄膜應用在飛秒激光系統(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