超短激光脉冲通过光学系统时会发生波形改变。由于波长依赖性色散效应，各组成光波将产生不同程度的延迟，导致传播时差。这种时域展宽效应会造成激光脉冲宽度增加、脉冲能量衰减。针对此类激光系统，需要使用能够抵消传播时间差（群延迟色散，GDD）的光学元件。啁啾镜、啁啾镜对和GTI镜是超快激光系统中进行色散补偿最常用的光学器件，本文对啁啾镜和GTI镜从原理、特点和应用场景等方面进行比较。

啁啾镜（Chirped Mirrors）

　　啁啾镜是一种特殊设计的反射镜，主要用于超快激光系统中进行色散补偿。其原理是通过在镜面涂层中引入深度渐变的光学厚度（"啁啾"结构），使不同波长的光在涂层中穿透到不同深度后被反射，从而产生不同的群延迟。

啁啾镜主要特点：

• ●色散补偿：能够提供精确控制的群延迟色散(GDD)

• ●宽带性能：通常设计用于较宽波长范围(可达数百ｎｍ)

• ●高反射率：通常在设计波长范围内反射率>99%

啁啾镜的应用领域

1. ●飞秒激光系统

2. ●光学参量放大(OPA)系统

3. ●脉冲压缩

4. ●超快光谱学实验

啁啾镜的优势

• ●相比棱镜对或光栅对，啁啾镜系统更紧凑

• ●没有棱镜对中的空间啁啾问题

• ●可以实现更高的色散补偿量

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  自1996年起，德国Layertec公司就持续为欧洲各大科研机构、技术研发中心及激光设备制造商提供啁啾镜产品。在数百篇关于超短脉冲激光技术发展的科学文献中，LAYERTEC均被列为定制光学元件的核心供应商。

   Layertec公司采用溅射镀膜工艺制备啁啾介质膜系，确保光学性能具有卓越的长期稳定性。在具体实施时需重点考量以下要素：

1. ●复杂啁啾镀膜系统应适配结构简单的基片，且功能区域需尽可能小；

2. ●标准产品涵盖直径12.7-25ｍｍ的圆形光学元件，以及入射面积10×40ｍｍ²至15×45ｍｍ²的矩形光学元件；

3. ●支持客户定制特殊几何形状的基片。

  ● 配备专业测量工作站，可精确测定平面啁啾光学元件在250-1700nm范围内的色散特性。

啁啾镜对 (Chirped Mirror Pair)

啁啾镜对是由两块互补设计的啁啾镜组合而成，用于超快激光系统中精确控制色散（主要是群延迟色散，GDD），同时避免振荡性色散波动。啁啾镜对是现代超快光学系统的关键元件，能够实现few-cycle（少周期）脉冲的稳定生成和压缩。

啁啾镜对工作原理

啁啾镜对主要特点

✔ 平滑的GDD曲线：相比单块啁啾镜，镜对能提供更平坦的色散补偿，减少残余高阶色散的影响。
✔ 宽带色散管理：适用于宽光谱范围（如钛宝石激光的650-1100 nm）。
✔ 高反射率（通常>99%）和低损耗。
✔ 紧凑性：比棱镜对或光栅对更节省空间，适用于振荡器、放大器及脉冲压缩系统。

啁啾镜对典型应用

•  ✔飞秒激光振荡器（如钛宝石激光器）的腔内色散补偿。

•  ✔超快激光放大器（如啁啾脉冲放大CPA系统）的脉冲压缩。

•  ✔光学参量放大（OPA）中的色散优化。

•  ✔超短脉冲整形（如few-cycle脉冲生成）。

啁啾镜对vs单块啁啾镜

啁啾镜对设计考虑

• ✔匹配带宽：两块镜子的GDD曲线需在目标波长范围内互补。

• ✔入射角优化：通常设计用于特定角度（如0°或5°入射）。

• ✔高阶色散管理：有时需要多对啁啾镜组合以补偿三阶色散（TOD）。

GTI镜 (Gires-Tournois Interferometer Mirror)

   GTI镜（Gires-Tournois 干涉仪镜）是一种基于光学干涉原理的特殊反射镜，主要用于色散补偿，特别是在超快激光系统中调节群延迟色散（GDD）。它的结构类似于法布里-珀罗（Fabry-Pérot）标准具，但具有高反射背镜和部分反射前镜，形成谐振腔，从而在特定波长范围内产生可控的色散效应。

GTI镜利用光学谐振腔的干涉效应：

GTI 镜主要特点

✔ 可调谐色散：通过改变入射角度或温度（热调谐），可以微调 GDD 值。
✔ 窄带色散补偿：适用于特定波长范围（通常比啁啾镜带宽窄）。
✔ 高损伤阈值：适用于高功率飞秒激光系统。
✔ 结构简单：相比啁啾镜，GTI 镜的镀膜层数较少，制造难度较低。

GTI镜典型应用

1.   ✔飞秒激光振荡器（如钛宝石激光器）的腔内色散优化。

2.   ✔CPA 系统的脉冲压缩。

3.   ✔超快激光放大器

4.   ✔光纤激光系统的色散管理（如掺镱或掺铒光纤激光器）。

5.   ✔光学通信中的色散补偿（较少见，主要用于实验室研究）。

GTI镜vs啁啾镜vs棱镜对

GTI镜设计考虑

    ✔入射角度：GTI镜的GDD 随入射角变化，通常设计用于小角度（0°-15°）。

    ✔温度稳定性：热漂移可能影响谐振波长，需稳定工作环境。

    ✔损伤阈值：高功率激光应用时需选择低吸收镀膜材料（如 SiO₂/Ta₂O₅）。

    ✔GTI镜在需要精确、可调谐色散补偿的场合（如飞秒激光振荡器优化）中非常有用，但其较窄的带宽限制了它在超宽带系统（如少周期脉冲）中的应用。

     德国LAYERTEC公司作为全球顶尖超快激光器制造商的战略合作伙伴，在GTI镜的研发制造领域已深耕二十余载。针对不断提升的脉冲功率和/或高重复频率需求，可通过多镜级联方案实现精准时域校正。在极端工况下，需在以下关键参数间进行优化平衡：

1. 1.光学性能三角：

• 峰值反射率（通常>99.5%）

• GDD

  补偿量（单镜可达-5000fs²）
• 损伤阈值（>3J/cm² @1064nm,10ps）

1. 2.热管理挑战：
2. 3.热透镜效应阈值先于元件损伤出现
3. 4.建议工作功率控制在破坏阈值的60%以下
4. 5.可选配主动水冷结构（适用于>100W平均功率）
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德国LAYERTEC公司成立于１９９０年，三十多年专注于激光镜片的研制，已经成为多家世界顶级激光公司和科研单位的激光镜片长期供应商。不仅为客户提供数千种规格的激光镜片货架产品，还为客户提供各种激光镜片定制。

北京海科思锐光电仪器有限公司是LAYERTEC在中国的正式授权代理商，全面负责其产品在中国市场的销售。

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