同济大学物理科学与工程学院王占山教授和程鑫彬教授团队与德国汉诺威激光中心Marco Jupé教授等合作研究成果，近日发表于物理光学领域权威期刊《光学快讯》（Optics Express），题为“Group delay dispersion monitoring for computational manufacturing of dispersive mirrors”。
该研究首次揭示了原位群延迟色散监控中误差自补偿的物理机制，打破了传统纳米尺度光学薄膜厚度监控的技术壁垒，实现了群延迟色散监控技术在薄膜制造领域中的重要应用，为高精度薄膜制造开拓了新视野。
多层介电色散反射镜因其精确控制群延迟色散（GDD）和光谱积分而在飞秒和阿秒物理中得到广泛应用，目前已成为控制超快激光系统的关键元件。现代色散反射镜通常由几十甚至上百层薄膜组成，以满足先进激光系统中色散控制的复杂要求，制备这样的薄膜需要十分精确的监控技术。最近的研究表明，直接光学监测存在误差自补偿效应，可以用于高性能光学薄膜的精确制备。然而，对于色散反射镜的GDD特性，这种补偿效应可能会适得其反。目前还没有研究揭示原位GDD监控的误差自补偿机制。
王占山和程鑫彬团队对原位GDD监控的误差自补偿机制进行了分析，并使用计算制造的方法验证了GDD监控中误差自补偿效应的存在。团队提出了一个原位GDD监控的计算制造模拟器，比较了GDD监控、宽光谱监控和时间监控的模拟制备结果。结果表明，尽管GDD监控制造的膜层厚度误差大于宽光谱监控和时间监控的相应数值，其GDD曲线与理论值的偏差却是最小的，这表明GDD监控中存在误差自补偿效应，并证明了这种监控方式在色散反射镜的制造中的优势。
图1 GDD监控、宽光谱监控和时间监控的计算制造结果对比
该团队也对GDD监控进行了灵敏度分析，通过误差扰动分析方法证明了该监控方式对光学厚度变化更加敏感，允许更精确的层厚度反演。
该工作为制造色散反射镜的制备提供了一种新的精确控制技术，在不同类型的光学薄膜的精确制备中具备优秀潜力。
同济大学物理科学与工程学院张锦龙教授为论文通讯作者，学院博士研究生汲小川为论文第一作者。对论文具有突出贡献的合作者还包括德国汉诺威激光中心Marco Jupé教授、同济大学物理科学与工程学院王占山教授、焦宏飞教授、程鑫彬教授、硕士研究生戴江林等。
论文信息：
Xiaochuan Ji, Jianglin Dai, Jinlong Zhang, Hongfei Jiao, Marco Jupé, Detlev Ristau, Xinbin Cheng, and Zhanshan Wang, "Group delay dispersion monitoring for computational manufacturing of dispersive mirrors," Opt. Express 31, 8177-8189 (2023)
https://doi.org/10.1364/OE.483887
