技术摘要：
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  全部
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。
技术实现要素：
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。 3 CN 111722311 A 说　明　书 2/4 页 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。 所述的色散补偿结构单元为[(HyL)^n(HL)^b]^q，周期数q选取范围在1～5之间。 其中(HyL)^n是G-T腔，y为腔的厚度，n为G-T腔的周期数，通过增加G-T腔周期数以及腔的厚 度，实现更大色散量以及更大带宽的高色散镜，结合实际镀膜设备所能达到控制精度以及 高色散镜大色散补偿量的特点，其中G-T腔的周期数n选取范围在1～5之间，腔的厚度x在 0.5～2之间。第二高反层的结构为(HL)^b，周期数b选取范围在1～7之间。 本发明复合功能色散镜结构的设计步骤如下： 1、根据所需设计色散镜要求，包括激光工作波段的色散量、反射率、带宽以及泵浦 波段的透过率，选择合适的高低折射率材料，其中高折射率材料有Nb2O5、Ta2O5、HfO2等氧化 物材料，低折射率材料一般选择SiO2，高低折射率材料的折射率nH、nL为实际镀膜实验中反 演得到。 2、基于结构式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。选择合适的参数，包括增透结构单元的周期数p，色散补偿 结构单元的周期数q，增透腔的腔长x、周期数m，第一高反层的周期数a，G-T腔的腔长y，周期 数n，第二高反层的周期数b。增透结构单元和色散补偿结构单元的周期数p、q取值范围为1 ～5，增透腔和G-T腔的腔长x、y选取范围为0.5～2之间，周期数选取范围为1～5，第一高反 层的周期数在1～8之间选择，第二高反层的周期数在1～7之间选择。 3、初步选定色散镜的初始结构参数后，根据所设计色散镜要求，设定相应的目标 值，包括群延迟色散值、反射率、透过率以及所涵盖波长范围，经变尺度优化算法多次优化， 得到基于这一初始结构参数的优化最终结果。 4、观察最终结果是否满足高色散镜所需指标要求。若未能达到所需色散镜的群延 迟色散要求，通过增加色散补偿结构的周期数q或者G-T腔的厚度y和周期数b，修改色散镜 参数，重复步骤3，直到最终满足色散镜要求；若未能达到所需色散镜工作波段的反射率要 求，通过改变第一高反层和第二高反层的周期数a和b，重复步骤3，直到最终满足色散镜要 求；若未能达到色散镜的透射要求要求，通过增加增透结构单元的周期数p或者增透腔的腔 长x和周期数m，重复步骤3，直到最终满足色散镜要求。 5、最终得到复合功能色散镜结构。 与现有技术相比，本发明技术效果 1、利用增透腔和G-T腔串联形式，可针对不同设计要求，调节增透腔和G-T腔的周 期数以及腔的厚度，得到满足设计要求的色散镜。 2、可以实现不同带宽、不同色散量和不同光谱要求的色散镜。 4 CN 111722311 A 说　明　书 3/4 页 附图说明 图1为本发明复合功能色散镜结构示意图。 图中：1-基底层、2-增透腔、3-第一高反层、4-G-T腔、5-第二高反层。 图2为本发明复合功能色散镜结构实施例一的膜系结构图。 图3为实施例一的最终膜系结构。 图4为实施例一的群延迟色散及反射光谱曲线图。 图5为实施例一的泵浦波长透射光谱曲线图。 图6为实施例二的最终膜系结构 图7为实施例二的群延迟色散及反射光谱曲线图。 图8为实施例二的泵浦波长透射光谱曲线图。