《色散鏡的基本要求》編制說明

《色散鏡的基本要求》編制說明

一、任務(wù)來源及計劃要求

經(jīng)中國材料與試驗團體標準委員會光電材料及產(chǎn)品領(lǐng)域委員會審

查，根據(jù)“關(guān)于CSTM標準《色散鏡的基本要求》的立項公告”，光電

材料及產(chǎn)品領(lǐng)域光學薄膜標準《色散鏡的基本要求》由中國科學院上

海光學精密機械研究所（以下簡稱上海光機所）牽頭編制完成，研究

周期為1年，標準計劃編號為CSTMLX600500312-2019。

二、編制說明

1.編制原則

本標準符合國家有關(guān)法規(guī)和政策，貫徹執(zhí)行國家標準、國家軍用

標準和行業(yè)標準的有關(guān)規(guī)定，充分吸收適用于本技術(shù)要求的相關(guān)國家

光學薄膜標準的內(nèi)容，與相關(guān)標準協(xié)調(diào)一致。

本標準的構(gòu)成、內(nèi)容、文字的表述、條文的編排、文件的引用等

應(yīng)符合GJB6000-2001《標準編寫規(guī)定》的要求。

編制出的標準應(yīng)具有先進性、適用性、科學性和可操作性。

2.工作分工

本標準由中國科學院上海光機所主承研，西南技術(shù)物理研究所、

中國工程物理研究院激光聚變中心為聯(lián)合承研單位。

自接到標準任務(wù)后，根據(jù)計劃要求成立了相關(guān)技術(shù)人員和標準化

人員共同組成的項目編制組,并編制了標準編制計劃表，按照計劃表開

展具體工作。經(jīng)過對中科院上海光機所長期積累的經(jīng)驗及調(diào)研情況進

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行分析，并結(jié)合中科院上海光機所科研生產(chǎn)實際情況，編制出了標準

草案。標準草案完成后，2020年1月由中科院上海光機所組織項目組

進行了討論，確定了修改原則，并對標準草案進行了完善。

三、主要技術(shù)內(nèi)容的說明

1.色散量

色散鏡的分類由色散鏡的特征色散曲線的色散量所決定，帶寬、

反射率對色散鏡的性能有一定影響。因此根據(jù)對超短激光脈沖在膜層

中色散進行調(diào)控的特點規(guī)定了色散鏡的定義和術(shù)語，按照膜層結(jié)構(gòu)特

征、色散調(diào)控能力分為低色散鏡、啁啾鏡、高色散鏡和高階色散鏡。

具體按照引入二階色散量的多少，綜合分析已有的國內(nèi)外的研究報道

結(jié)果，分別考慮對應(yīng)0和±300fs2為界線進行劃分，低色散鏡在寬帶光

譜傳輸過程中不引入額外色散即色散接近0；在提供色散補償調(diào)控的啁

啾鏡和高色散鏡以±300fs2為界線進行劃分；高階色散鏡不涉及到色

散量的大小，只要有相關(guān)的三階及以上的色散要求就化歸為高階色散

鏡，相關(guān)分類特征符合3條和7條中相關(guān)規(guī)定。

高色散鏡和啁啾鏡劃分量來自于關(guān)于薄膜提供大色散量中-300fs2

的報道（HighlydispersivemirrorinTa2O5/SiO2forfemtosecondlasers

designedbyinversespectraltheory,AppliedOptics,1999,Vol.38,No.

21），此外考慮中紅外波段反常色散，色散鏡需要提供正的色散補償，

因此啁啾鏡和高色散鏡的劃分界限定義為±300fs2。

2.色散振蕩

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對于色散鏡，色散性能反映了薄膜的色散調(diào)控設(shè)計和制備能力，

色散特征曲線偏離目標色散補償量的百分比來表征色散振蕩，色散振

蕩直接影響了色散鏡的使用效果，在帶寬范圍內(nèi)，為了抑制色散振蕩，

一般采用兩個或者多個色散鏡同時配對使用，通過色散振蕩相消來抑

制振蕩?？紤]在帶寬范圍內(nèi)，色散鏡對的色散震蕩與帶寬、目標色散

值密切相關(guān)，及對色散鏡對的色散震蕩設(shè)計性能、制備和匹配誤差、

對實際使用效果的影響，依據(jù)國內(nèi)外相關(guān)報道及實際研制結(jié)果，按照

不同的帶寬來劃分不同的色散振蕩值:

色散帶寬≤200nm，色散鏡對的色散震蕩一般應(yīng)小于目標色散值的

±30%，例如：GDD為-100±30fs2。

200nm≤色散帶寬≤500nm，色散鏡對的色散震蕩一般應(yīng)小于目標

色散值的±50%，例如：GDD為-100±50fs2。

色散帶寬≥500nm，色散鏡對的色散震蕩一般應(yīng)小于±100fs2

（1.5-octavechirpedmirrorforpulsecompressiondowntosub-3fs，Appl.

Phys.B87.5-12,2007）。

色散量和色散振蕩應(yīng)按照9.3中白光干涉儀進行色散測量的方法，

其結(jié)果應(yīng)符合7.1條、7.2條、7.3條、7.4條和7.8條。

3.反射率和損傷閾值

色散鏡的反射率決定了光束傳輸?shù)男?，因為使用過程中一般要

承擔多次的反射功能，所以通常色散鏡應(yīng)具有較高的寬光譜反射率，

反射率≥99.5%；損傷閾值是在高能飛秒激光傳輸時候?qū)す獗∧さ?/p>

基本要求。經(jīng)過工藝驗證和使用反饋，確定反射率應(yīng)按照GJB5023

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中的規(guī)定，對薄膜進行測試，其結(jié)果應(yīng)符合7.7條；損傷閾值參照GB/T

16601.2－2017的規(guī)定進行測試。

4.附著力、環(huán)境適應(yīng)性、缺陷

色散鏡一般膜層較厚，基本要求應(yīng)包括附著力、環(huán)境適應(yīng)性等，

這些性能決定了基于膜層材料和制備工藝的色散鏡的基本穩(wěn)定性，按

照表1相關(guān)實驗后膜層應(yīng)符合光學特性的基本要求，附著力應(yīng)仍可承

受ISO9211-4，采用試驗方法02中的嚴酷等級01，膜層不應(yīng)脫落；

缺陷按照ISO10110-7進行測試。

四、試驗驗證的情況和結(jié)果

上海光機所是目前國內(nèi)在超快激光薄膜研發(fā)、工程化最為完善的

單位之一，年生產(chǎn)超快激光薄膜色散鏡上千片，且目前所研發(fā)生產(chǎn)的

產(chǎn)品已批量成功應(yīng)用于5PW、SUFL等超強超短激光裝置，在長期的

科研生產(chǎn)實踐中積累了豐富的經(jīng)驗，得到了實際的使用驗證，因而未

針對此標準單獨進行試驗驗證。

五、采用國際先進標準的情況

因目前未發(fā)現(xiàn)國際上的相關(guān)標準，因而未采用。

六、標準涉及的知識產(chǎn)權(quán)情況說明

無。

七、與現(xiàn)行法律法規(guī)、標準的關(guān)系

本標準符合我國目前法律、法規(guī)的規(guī)定。

八、實施標準的要求和措施建議

色散鏡相關(guān)的術(shù)語和定義、分類、技術(shù)要求、檢驗方法以及機械

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性能、化學性能和環(huán)境性能的基本要求，應(yīng)根據(jù)本標準以及相應(yīng)技術(shù)

文件中的檢驗規(guī)定進行，建議薄膜制造方可根據(jù)需求在色散鏡的分類、

設(shè)計、生產(chǎn)材料和制造方法、檢驗試驗中采用本標準。

隨著國家推行產(chǎn)業(yè)升級，超快激光器及其應(yīng)用的市場形勢發(fā)展良

好，色散鏡作為系統(tǒng)關(guān)鍵元件的需求會大幅增加。但是國內(nèi)外均未有

相關(guān)標準可依托，因此急需該領(lǐng)域的標準，為進一步規(guī)范化色散鏡生

產(chǎn)及完善和拓展色散鏡市場，促進行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，提供廣泛的依據(jù)

和參考標準，以滿足色散鏡快速發(fā)展的需求。此外，率先制定相關(guān)標

準，對增強在該領(lǐng)域的話語權(quán)和知名度，具有重要意義，建議盡快發(fā)

布實施。

九、修改或廢止有關(guān)標準的建議及理由

無。

十、標準印刷數(shù)量建議

具體發(fā)行量由機關(guān)確定。

十一、其他需說明的事項

無。

十二、參考資料清單

GB/T26332.1-2018，光學和光子學—光學薄膜—第1部分：定義

GB/T26332.2-2015，光學和光子學—光學薄膜—第2部分：光學

特性

GB/T26332.3-2015，光學和光子學—光學薄膜—第3部分：環(huán)境

適應(yīng)性

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GB/T26332.4-2015，光學和光子學—光學薄膜—第4部分：規(guī)定

的試驗方法

ISO9211-3-2008，光學和光子學—光學涂層—第3部分：環(huán)境耐

久性

ISO9211-4-2006，光學和光子學—光學涂層—第4部分：特定試

驗方法

ISO9022-2-2015，光學和光子學—環(huán)境試驗方法—2部分：冷、

熱和濕度

ISO10110-7-2008，光學和光子學—光學元件和系統(tǒng)制圖準備—

第7部分：表面疵病公差。

ISO10110-8，光學和光子學—光學元件和系統(tǒng)制圖準備—第8

部分：表面結(jié)構(gòu)；粗糙度和平整度。

ISO10110-9，光學和光子學—光學