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超强激光科学卓越创新简报

(第二百二十四期)

2021年10月9日

上海光机所在低色散振荡高阈值宽带反射镜方面取得新进展

  近日,中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室在低色散振荡高阈值宽带反射镜方面取得新进展。相关成果发表于《应用表面科学》(Applied Surface Science)。

  拍瓦级超强激光器是目前世界上已知的具有最高光强的激光器,为人类提供了前所未有的极端实验条件。随着激光输出能量的不断提高和输出脉宽的不断变窄,人们对激光薄膜的要求也逐渐提高。宽带反射镜是超强超短激光装置中数量最多且最关键的元器件之一,其性能直接制约了高功率脉冲激光的输出。在百拍瓦超强超短激光系统中,激光脉冲的光谱带宽超过200 nm,对于宽带高阈值反射镜是一项挑战。

  研究人员对基于雕塑结构的低色散振荡宽带反射镜(带宽240nm)的抗损伤性能展开研究,在驻波场强度是布拉格反射镜4.5倍的前提下,雕塑结构低色散振荡反射镜的阈值仍与布拉格反射镜相当。传统的单色驻波场分析可以解释布拉格反射镜等简单膜系的损伤行为,但是对于结构更为复杂的色散镜,光脉冲在膜层内部的驻留时间更长,且飞秒脉冲具有宽光谱、短时效性等特点,所以在飞秒脉冲作用下色散镜内部电场是随时间不断变化的,传统的稳态驻波场将不再适用于分析其损伤行为。研究人员提出了时域动态电场的分析模型,从瞬态电场时空演化的角度分析了超短脉冲在色散镜内的传输过程,弥补了传统驻波场模型在解释宽光谱超短脉冲薄膜损伤方面的不足。分析结果表明由于宽光谱的作用以及不同频率之间电场形成的时间差,色散镜深处的实际电场强度会小于驻波场强度,该成果有望为后续设计并制备更高阈值的宽带反射镜提供新的设计思路。

  相关工作得到了中意政府间国际科技创新合作重点专项、国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会基金、中国科学院战略性先导科技专项等的支持。(薄膜光学实验室供稿)

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图1 (a) 雕塑结构低振荡色散镜800nm中心波长处的时域动态电场; (b) 多波长叠加后的雕塑结构低振荡色散镜时域动态电场;(c)布拉格反射镜800nm中心波长处的时域动态电场;(d) 多波长叠加后的雕塑结构低振荡色散镜时域动态电场局部放大图。

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