近日，中國科學院上海光學精密機械研究所薄膜光學實驗室在低色散振盪高閾值寬頻反射鏡方面取得新進展。相關成果發表於《應用表面科學》（Applied Surface Science）。
拍瓦級超強鐳射器是目前世界上已知的具有最高光強的鐳射器，為人類提供了前所未有的極端實驗條件。隨著鐳射輸出能量的不斷提高和輸出脈寬的不斷變窄，人們對鐳射薄膜的要求也逐漸提高。寬頻反射鏡是超強超短鐳射裝置中數量最多且最關鍵的元器件之一，其效能直接制約了高功率脈衝鐳射的輸出。在百拍瓦超強超短鐳射系統中，鐳射脈衝的光譜頻寬超過200 nm，對於寬頻高閾值反射鏡是一項挑戰。
研究人員對基於雕塑結構的低色散振盪寬頻反射鏡（頻寬240nm）的抗損傷效能展開研究，在駐波場強度是布拉格反射鏡4.5倍的前提下，雕塑結構低色散振盪反射鏡的閾值仍與布拉格反射鏡相當。傳統的單色駐波場分析可以解釋布拉格反射鏡等簡單膜系的損傷行為，但是對於結構更為複雜的色散鏡，光脈衝在膜層內部的駐留時間更長，且飛秒脈衝具有寬光譜、短時效性等特點，所以在飛秒脈衝作用下色散鏡內部電場是隨時間不斷變化的，傳統的穩態駐波場將不再適用於分析其損傷行為。研究人員提出了時域動態電場的分析模型，從瞬態電場時空演化的角度分析了超短脈衝在色散鏡內的傳輸過程，彌補了傳統駐波場模型在解釋寬光譜超短脈衝薄膜損傷方面的不足。分析結果表明，由於寬光譜的作用以及不同頻率之間電場形成的時間差，色散鏡深處的實際電場強度會小於駐波場強度。該成果有望為後續設計並製備更高閾值的寬頻反射鏡提供新的思路。
相關工作得到中意政府間國際科技創新合作重點專項、國家自然科學基金、中科院青年創新促進會基金、中科院戰略性先導科技專項等的支援。
(a) 雕塑結構低振盪色散鏡800nm中心波長處的時域動態電場；(b) 多波長疊加後的雕塑結構低振盪色散鏡時域動態電場；(c)布拉格反射鏡800nm中心波長處的時域動態電場；(d) 多波長疊加後的雕塑結構低振盪色散鏡時域動態電場區域性放大圖。
來源：中國科學院上海光學精密機械研究所
