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。

分析了基于双级反射静电系统的电子脉冲压缩技术方法。类比于光子脉冲压缩用多层介质啁啾镜,将该静电系统称为可调谐静电啁啾镜: 根据静电啁啾镜电气结构参数的设置,入射电子脉冲在系统中U形反射运动飞行时间与其初始轴向能量具有相应不同的色散关系,也即正负啁啾特性。讨论了该啁啾镜正负啁啾属性的可调谐性及脉冲压缩技术细节,并给出了计算实例。

基于损伤特性、应力特性较好的电子束蒸发技术，制备了Ta2O5/SiO2和HfO2/SiO2两种带宽不同、电场分布不同的啁啾镜，利用中心波长为1 030 nm，脉宽为350 fs的激光脉冲对两种样品进行了损伤测试。实验结果表明：材料特性及电场分布是影响啁啾镜损伤阈值的主要因素，通过膜系设计降低电场分布可以制备带宽更宽、损伤阈值与HfO2/SiO2啁啾镜相近的Ta2O5/SiO2啁啾镜。利用基于导带电子数密度的理论模型对此现象进行了解释，同时对啁啾镜的损伤形貌进行了观测、分析。

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。

A high-energy broadband chirped mirror is designed for sub-10-fs high-energy chirped-pulse oscillators and amplification systems. This mirror consists of TiO2/SiO2 quarter-wave coatings for a broad bandwidth and optimized HfO2/SiO2 chirped coatings for increasing the laser-induced damage threshold (LIDT). The calculated results show that the mirror has low group delay dispersion (GDD) oscillation and can withstand high-energy chirped pulse laser in a wide range of 720-880 nm.

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°.

We present a new and efficient method for the design of dispersive multilayer by employing a particle swarm optimization (PSO) technique. Its mathematical background is given and an adaptive PSO is realized with computer code. Two practical designing tasks are solved with this method, and the obtained results are competitive compared with other published structures. The adaptive PSO method demonstrates its merits of fast convergence and powerful global search ability, and could be used as a valuable tool for the optical thin film design.

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。

推导得出了超短脉冲的群延时(GD)、群速度色散(GDD)与脉冲时域波形之间的解析关系.通过电磁波时域有限差分算法(FDTD)及频域傅里叶变换两种方法模拟了fs脉冲在薄膜中传输的动态过程.结合超短脉冲对薄膜损伤的特点,分析了短脉冲对不同啁啾膜系中的场分布区别,以及其与长脉冲所形成的驻波场的区别,同时分析了其对损伤的影响.