[发明专利]复合功能色散镜结构

说明书

复合功能色散镜结构，其中色散镜结构由下到上依次为基底、增透结构单元、色散补偿结构单元，其中增透结构单元包括增透腔和第一高反层，色散补偿结构单元包括G‑T腔和第二高反层，基本表达式：G/[(HxL)^m(HL)^a]^p[(HyL)^n(HL)^b]^q。本发明通过增透结构单元取代标准镜的高反射膜层，G‑T腔与增透腔形成串联形式，调节G‑T腔和增透腔的周期数以及腔厚度，设计不同色散量、反射率以及带宽的高色散镜，并且作为谐振腔的输出镜，能够在实现泵浦波长高透的同时，在激光响应波段保持一定的反射率且具备色散补偿功能，结构更加简单紧凑。

技术领域

本发明属于超快激光薄膜领域，尤其涉及到超短脉冲激光系统中的腔内色散补偿元件，是一种复合功能色散结构。作为超短激光系统中谐振器输出镜的同时能够对光脉冲进行色散补偿。

背景技术

超快激光已经在物理、化学、生物等基础科学以及医学、生命科学等工程领域获得广泛的应用。光学谐振腔是激光器中的关键部件，由两面反射镜组成，其中一面反射镜是全反镜，另一面为部分反射镜(又称为输出镜)。谐振腔内的光强会在无数次的反射过程中被迅速放大，最终在达到稳态以后，由输出镜输出。输出镜一般要求对泵浦波长实现高透过率，且对激光工作波长部分反射。色散镜是超快激光系统中不可或缺的脉冲压缩元件，能够通过连续地改变膜层的共振波长，使整个反射镜在保持高反射率的同时，不同波长的光在薄膜内行走的路程不同，给予不同波长以不同的延迟，为超快激光系统中激光脉冲的传输提供精确的GDD、TOD及高阶色散补偿或者色散调控。本发明通过先进的膜系设计，在满足输出镜基本需求的前提下，增加色散补偿功能，实现激光放大输出的同时，进行色散的补偿，有助于超短脉冲激光系统的集成化、小型化。

发明内容

本发明通过增透结构单元(HxL)^m(HL)^a取代标准GTI镜的高反射膜层，G-T腔与增透腔形成串联形式，调节G-T腔和增透腔的周期数以及腔厚度，设计不同色散量、反射率以及带宽的高色散镜。作为谐振腔的输出镜，能够在实现泵浦波长高透的同时，在激光响应波段保持一定的反射率且具备色散补偿功能，相比于传统的腔外色散补偿方式，采用本发明的超快激光系统结构更加简单紧凑。

本发明解决的技术方案如下：

复合功能色散镜结构，其由下到上依次为基底、增透结构单元、色散补偿结构单元，其中增透结构单元包括增透腔和第一高反层，色散补偿结构单元包括Gires-Tournois(G-T)腔和第二高反层，基本表达式可以写为：G/[(HxL)^m(HL)^a]^p[(HyL)^n(HL)^b]^q，其中G代表基底，H和L分别代表光学厚度为λ/4的高低折射率材料，x和y分别为增透腔和G-T腔的厚度，m和n分别为增透腔和G-T腔的周期数，a和b为第一高反层和第二高反层的周期数，p和q为增透结构单元和色散补偿结构单元的周期数。

优选地，所述基底层材料为JGS1、BK7和CaF₂中的任意一种。

进一步地，所述基底层材料为JGS1。

所述的增透结构单元由增透腔和第一高反层构成。

所述的色散补偿结构单元由G-T腔和第二高反层构成。

所述的增透腔、G-T腔和高反层都是由高折射率材料和低折射率材料交替沉积组成。

所述的增透腔结构单元为[(HxL)^m(HL)^a]^p，周期数p选取范围在1～5之间。其中(HxL)^m是增透腔，x为腔的厚度，m为增透腔的周期数，通过调控增透腔的厚度以及周期数，实现泵浦波长处的高透射以及激光工作带宽内的部分反射，腔长x选区范围0.5～2之间，周期数m选取范围在1～5之间；第一高反层结构为(HL)^a，周期数a选取范围在1～8之间，周期数a越大，反射率越高。