高损伤阈值超短激光脉冲用啁啾镜关键技术研究

在飞秒激光系统中，色散补偿的有限控制制约着超短激光脉冲的形成，啁啾镜在宽波段具有对二阶和高阶色散的补偿能力，特别适合解决超短激光的脉冲展宽问题。随着激光脉冲强度的不断提高，啁啾镜的损伤阈值将显得越来越重要，目前国内在这方面研究较少，将会制约我们在超强超短激光脉冲系统方向的发展。因此研究高损伤阈值啁啾镜的基础科学和技术问题具有重要科学意义和应用价值。本项目提出了电子束蒸发工艺制备HfO2/SiO2啁啾镜实现高损伤性能的新方案，建立考虑镀膜误差和电场分布的膜系设计方法，深入研究HfO2薄膜损伤性能提升的新工艺，结合宽光谱直接监控开发具有实时拟合优化能力的高精度电子束蒸发技术，研究啁啾镜元件性能的演化规律，开展超短脉冲激光与啁啾镜相互作用的理论模拟，对超短脉冲激光作用下啁啾镜的损伤特性进行深入研究。本项目的研究成果将为制备实用的高损伤阈值啁啾镜提供关键技术储备，推动高功率超短脉冲激光装置的发展。

针对超短脉冲激光用高损伤阈值啁啾镜的需求，系统研究了啁啾镜薄膜的优化设计方法、精确制备技术及特性表征。研究工作的开展基本上按照项目的研究计划和实施方案进行，完成了项目的研究内容和研究目标。主要取得了四方面的研究成果：○1在啁啾镜设计方面：优化设计了不同带宽、不同薄膜材料的啁啾镜，在优化过程中考虑镀膜误差的影响实现对误差较不敏感的啁啾镜设计，在目标函数中引入电场分布得到了电场分布较小的啁啾镜膜系，分析了啁啾镜误差敏感性、电场分布与色散特性之间的关系；○2在HfO2单层薄膜的微观结构和宏观性能研究：分析了不同制备工艺下HfO2单层薄膜的弱吸收特性、截止带边以及折射率参数，研究了HfO2单层薄膜的微观结构特性；○3在薄膜精确控制方面：分析薄膜制备过程中影响监控精度的因素，发现监控因子随镀膜过程的变化规律，薄膜制备精度优于1%，分析啁啾镜薄膜光谱、色散、应力随时间的变化规律，开发了低缺陷密度的啁啾镜制备工艺流程；○4在啁啾镜损伤特性研究方面，研究了不同薄膜结构啁啾镜的损伤特性，分析了电场分布和损伤之间的规律，利用电子数密度理论对啁啾镜损伤进行了模拟，深入研究了飞秒激光作用下节瘤缺陷的损伤规律。依据上述研究成果制备的高损伤阈值啁啾镜带宽可达200nm，350飞秒激光作用下损伤阈值达到了1.2J/cm2。.相关研究工作发表Optics Express（2篇）、Applied Optics（3篇）等SCI和EI检索文章8篇，相关工艺技术研究申请发明专利2项，近3年来1次在光学干涉薄膜方面的国际会议上做邀请报告，3次做口头报告。