光学元器件的激光损伤问题, 一直以来都困扰着超强超短激光系统的进一步发展。飞秒激光领域, 激光脉冲引起的光学器件损伤主要由材料的本征特性决定。光学材料内的多光子电离、雪崩电离、导带电子弛豫等一系列非线性过程, 与材料的激光损伤过程密切相关。利用泵浦探测技术, 采用中心波长为800 nm, 重复频率1 kHz的飞秒激光脉冲, 对Nb2O5/SiO2啁啾镜介质膜的内部与飞秒激光损伤相关的超快动力学进行了研究。发现强的泵浦光脉冲辐照结束后飞秒乃至几十皮秒的范围内, 啁啾镜对探测光的反射率有一定程度的下降。反射率降低的主要原因是泵浦光在介质膜的Nb2O5层内激发的大量的自由电子对探测光吸收所致, 且该过程对激光诱导损伤过程起主导作用。通过反射率的变化, 对其介质膜内导带电子弛豫过程进行探究, 测定得到其衰减寿命, 分别为1.31、6.88、22.34 ps。

设计了中心波长在825 nm、有效带宽在600 nm～1100 nm的超宽带啁啾镜对, 色散补偿量目标值为-100 fs2。配对设计的啁啾镜对有效抑制了单个啁啾镜的色散振荡, 啁啾镜对色散振荡幅度的最大值为±50 fs2, 用设计制作的啁啾镜对进行色散补偿, 用频率分辨光学开关测量装置对脉冲进行测量。将10.3 fs的超短脉冲通过0.5 mm厚的LBO晶体, 色散效应导致脉冲展宽, 半峰值处的全宽度为39.6 fs, 实验结果表明, 经过啁啾镜对一次色散补偿后的脉冲形状, 半峰值处得全宽度为11.6 fs; 脉冲经过2次补偿后, 脉冲被压缩到10.7 fs。

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。

对配对啁啾镜传统的优化过程进行了改进,并且尝试了新的多个啁啾镜匹配的方法。理论上实现了在700～1050 nm光谱范围内,两个啁啾镜配对色散总和振荡小于±10 fs2,三个啁啾镜配对色散总和振荡小于±15 fs2。此配对啁啾镜所实现的精确补偿色散,是获得极短光脉冲的基础,可以用于飞秒激光的脉冲压缩。

介绍了啁啾镜的基本原理和优化设计思想,阐述了优化设计的基本过程,并通过计算机优化计算了啁啾镜设计.具体分析了影响啁啾镜色散补偿特性的几个主要因素,如色散量、色散带宽、膜层数以及膜层的厚度变化对啁啾镜光学特性造成的影响.其中色散量的控制和色散带宽的选择是最重要的优化设计指标.