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上海光機所在超快激光色散薄膜研究中取得新進展

2020-03-11 15:01來源:超強激光科學卓越創新簡報作者:超強激光科學卓越創新簡報網址:http://www.siom.cas.cn/xwzx/kydt/202003/t20200309_5508874.html瀏覽數:29

基于激光脈沖與多層介質薄膜作用時,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,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,設計得到了色散補償量隨入射角度調諧的超快激光色散薄膜,實現了壓縮脈寬的連續可調節。相關成果發表在[Optics Letters, 44(24), 6053 (2019)](原文鏈接)。

  色散薄膜通過精確控制膜層厚度,實現調控超快激光系統色散,是獲得超短脈沖重要的薄膜元件。色散薄膜具有效率高、結構緊湊、高階色散精確可控等優點,但傳統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可調諧。

  研究人員基于多層介質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,經改變一個鏡子的入射角,獲得總的GDD連續變化。色散可調諧啁啾鏡克服了傳統色散薄膜無法調諧色散補償量的缺點,使色散鏡在超快激光系統中可提供靈活的色散補償,為高質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°的調節,脈沖在單個鏡子上反射4次,實現總色散補償量連續從300fs2到-300fs2可調,使脈沖寬度從108 fs持續調諧到47.7 fs。

圖1 可調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 可調諧色散薄膜應用在飛秒激光系統得到可調諧脈沖輸出

  此外,研究團隊基于諧振效應,有效結合了四分之一波長和共振腔的膜層初始設計結構,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GDD為-20 000 fs2的大色散量超快激光薄膜,通過10次反射,實現從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中實現精確的色散補償和簡化啁啾脈沖放大系統提供了一種新的途徑。相關成果發表在[IEEE Photonics Technology Letters, 32, 113 (2020)] (原文鏈接)。

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

  相關工作得到了國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會基金、中國科學院戰略性先導科技專項(B類)等的支持。(薄膜光學實驗室供稿)

原文鏈接:http://www.siom.cas.cn/xwzx/kydt/202003/t20200309_5508874.html

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