宽带高损伤阈值低色散镜是拍瓦激光系统中不可或缺的光学元件。系统性地研究了金属-介质镜、介质镜和组合介质镜的光学性能、色散特性、抗损伤特性以及损伤机理。介质膜能够提高金属膜的损伤阈值,银-介质低色散镜的传输效率和损伤阈值比Au、Al更高;在飞秒激光作用下,金属-介质镜在近损伤阈值处为典型的鼓包形貌,这是由于金属层吸收了大量能量而产生了热应力破坏。在组合介质镜中,保护层HfO2的存在降低了Ta2O5中的电场,初始损伤层被转移至HfO2中,且在不牺牲反射带宽和色散性能的前提下介质膜的损伤阈值得到了提升。

基于高反射膜层和Gires-Tournois(G-T)腔, 优化设计了一对低振荡高色散镜。该色散镜对的中心波长为800 nm, 能够在680~920 nm的带宽范围内提供-200 fs2的平坦的群延迟色散。基于双离子束溅射工艺, 利用Nb2O5和SiO2制备了低振荡高色散镜对, 并将其应用于800 nm钛宝石激光器系统。通过高色散镜对2次,100.8 fs 激光脉冲被压缩至19 fs。

相比透射型组合滤波器件，提出了只需要由一种反射元件构成的反射型组合滤波器件的光路。在保证角谱选择性的前提下，降低了设计和制备的难度。另外，通过膜系设计和电场强度比较，发现此反射型组合器件具有比透射型组合器件更高的抗激光损伤阈值(LIDT)。因此，为反射型介质膜组合滤波器件的制备和应用奠下了基础，具有重要的指导意义。

用离子束溅射的方法在红外石英玻璃基底上制备了Ta2O5/SiO2（1.064 μm波长下高透，2.128 μm波长下高反）波长分离膜，利用飞秒激光系统（输出波长为2 μm，脉宽为80 fs）测试了它的激光损伤情况，同时用光学显微镜和扫描电镜观察了样品的损伤形貌，根据不同能量作用下破斑面积与能量密度的关系拟合得到样品的损伤阈值。实验结果表明，2 μm飞秒激光作用在波长分离膜的损伤形貌为层状分布，破斑边缘比较清晰，没有热扩散和热传导现象，属于本征损伤。利用基于导带电子数密度的理论模型，并结合电场分布与带隙理论讨论了2 μm飞秒激光作用于光学薄膜的损伤机制，确定了损伤起源于高低折射率界面处的窄带隙材料。

对激光实现由线偏振光转变成圆偏振光的偏振态调制，需要引入90°或270°相位延迟器。设计中选择金属介质组合，光学性能优良的Ag膜作为金属层，利用Gires-Tournois (G-T)腔调节相位，通过优化介质膜堆，在45°入射角和1000~1100 nm波段，所得相位延迟为270°±1°。通过误差分析可知，在现有膜厚控制精度下，控制敏感层容差，在设计带宽内可得到反射率R≥99.9%和相位延迟偏差δ<7.2°。

报道了一种基于国产非成对设计的啁啾镜作为腔内色散补偿的钛宝石激光器, 在93.7 MHz的重复频率下, 得到了平均功率为120 mW的稳定的锁模脉冲输出, 经腔外色散补偿, 得到了最窄9.7 fs的脉冲宽度。通过调节腔内光楔的插入量, 研究了锁模光谱与自相关曲线随腔内净色散的演化过程。基于非线性薛定谔方程的分步傅里叶算法对激光器建立了数值模型, 数值模拟的参数选取均与实验中完全一致, 利用10阶泰勒展开模拟啁啾镜的色散曲线振荡, 获得了谐振腔零色散点附近锁模的动力学过程, 并分析了啁啾镜的高阶色散对脉冲宽度压缩的限制。

Three types of dispersion mirrors are designed and discussed. The first type is the complementary chirpedmirror pair used for providing smooth group delay dispersion (GDD) in the wavelength range of 550-1050 nm. Such mirrors are obtained by shifting the GDD oscillation period. The second type of mirror combines the characteristics of chirped mirrors and Gires-Tournois interferometer mirrors. It provides a high dispersion compensation of about -800-fs² GDD in the range of 780-830 nm and about -1150-fs² GDD in the range of 1020-1045 nm. The third type is a protected silver mirror with high reflectivity and low dispersion in the range of 650-1000 nm at 45°.

负色散镜的色散补偿性能对设计和制备的精度要求都非常高, 折射率和薄膜物理厚度是其性能准确实现的必要参数。实验设计并镀制了Gires-Tournois(G-T)镜, 结合电场强度分布及薄膜的群延迟色散(GDD)、扫描电镜的测量结果, 从材料折射率、膜层厚度、敏感膜层的变化及界面粗糙度等主要因素对Gires-Tournois镜群延迟色散性能的影响进行了分析。研究表明：设计时采用的材料折射率要根据实际实验计算得到; 群延迟色散量随着总的膜层厚度和腔的厚度增加而增加; 电场强度的分布决定色散补偿能力及敏感膜层的位置, 最薄的膜层不一定是最敏感的膜层, 敏感膜层对沉积厚度控制精度要求非常高; 薄膜的界面粗糙度和不均匀性也是误差产生的重要原因。

精确的光学常数对于设计和制备高品质的光学薄膜非常重要,尤其是那些光学性能对折射率变化敏感的薄膜。SiO2是一种常用的低折射率材料,因与常用基底折射率相近使其准确拟合有一定难度。实验通过离子束溅射制备了SiO2单层膜。考虑测量时的误差和基底折射率的影响,采用透射率包络和反射率包络得到了SiO2的折射率,并用所得折射率进行反演来对这两种途径在实际测量拟合过程中的准确性进行比对。分析表明,剩余反射率在实际的测量过程中误差更小,直接用测量镀膜前后基片的剩余反射率值可以更简便更准确地得到SiO2的折射率,能达到10-2的精度。