近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光元件技术与工程部在时域电场低色散振荡宽带反射镜方面取得新进展。相关成果以“Time－domain dynamic electric field distribution of low－oscillation sculptured structure dispersive mirrors”为题，发表于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提高和输出脉宽的变窄，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200nm，对于宽带高阈值反射镜是一项挑战。
研究人员对具有240nm带宽的低色散振荡反射镜（Low－oscillation dispersive mirrors， LODM）的抗损伤性能展开了研究。在驻波场强度是布拉格反射镜的4．5倍的条件下，LODM的损伤阈值仍与布拉格反射镜相当。传统的驻波场分析可以解释布拉格反射镜等简单薄膜系统的损伤行为。然而，对于如LODMs这类更为复杂的膜系结构，脉冲在膜层内部的传播时间小于脉冲持续时间，实际电场分布将随时间动态变化。此外，入射脉冲通常是具有宽光谱的超快脉冲，因此驻波场分布也不再准确。
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LODM中脉冲的传输过程，弥补了传统驻波场模型在解释超快薄膜损伤方面的局限性。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。该模型有望为后续设计和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项目、国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会的支持。
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。