CSTM-色散鏡的基本要求編制說明

密級：光電材料及產品領域光學薄膜標準編制說明標準名稱色散鏡的基本要求主編單位中國科學院上海光學精密機械研究所參編單位西南技術物理研究所中國工程物理研究院激光聚變中心

《色散鏡的基本要求》編制說明任務來源及計劃要求經中國材料與試驗團體標準委員會光電材料及產品領域委員會審查，根據“關于CSTM標準《色散鏡的基本要求》的立項公告”，光電材料及產品領域光學薄膜標準《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。編制說明編制原則本標準符合國家有關法規(guī)和政策，貫徹執(zhí)行國家標準、國家軍用標準和行業(yè)標準的有關規(guī)定，充分吸收適用于本技術要求的相關國家光學薄膜標準的內容，與相關標準協調一致。本標準的構成、內容、文字的表述、條文的編排、文件的引用等應符合GJB6000-2001《標準編寫規(guī)定》的要求。編制出的標準應具有先進性、適用性、科學性和可操作性。工作分工本標準由中國科學院上海光機所主承研，西南技術物理研究所、中國工程物理研究院激光聚變中心為聯合承研單位。自接到標準任務后，根據計劃要求成立了相關技術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。經過對中科院上海光機所長期積累的經驗及調研情況進行分析，并結合中科院上海光機所科研生產實際情況，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。主要技術內容的說明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。因此根據對超短激光脈沖在膜層中色散進行調控的特點規(guī)定了色散鏡的定義和術語，按照膜層結構特征、色散調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外的研究報道結果，分別考慮對應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，只要有相關的三階及以上的色散要求就化歸為高階色散鏡，相關分類特征符合3條和7條中相關規(guī)定。高色散鏡和啁啾鏡劃分量來自于關于薄膜提供大色散量中-300fs2的報道（HighlydispersivemirrorinTa2O5/SiO2forfemtosecondlasersdesignedbyinversespectraltheory,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。色散振蕩對于色散鏡，色散性能反映了薄膜的色散調控設計和制備能力，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，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，色散鏡對的色散震蕩與帶寬、目標色散值密切相關，及對色散鏡對的色散震蕩設計性能、制備和匹配誤差、對實際使用效果的影響，依據國內外相關報道及實際研制結果，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小于±100fs2（1.5-octavechirpedmirrorforpulsecompressiondowntosub-3fs，Appl.Phys.B87.5-12,2007）。色散量和色散振蕩應按照9.3中白光干涉儀進行色散測量的方法，其結果應符合7.1條、7.2條、7.3條、7.4條和7.8條。反射率和損傷閾值色散鏡的反射率決定了光束傳輸的效率，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對激光薄膜的基本要求。經過工藝驗證和使用反饋，確定反射率應按照GJB5023中的規(guī)定，對薄膜進行測試，其結果應符合7.7條；損傷閾值參照GB/T16601.2－2017的規(guī)定進行測試。附著力、環(huán)境適應性、缺陷色散鏡一般膜層較厚，基本要求應包括附著力、環(huán)境適應性等，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相關實驗后膜層應符合光學特性的基本要求，附著力應仍可承受ISO9211-4，采用試驗方法02中的嚴酷等級01，膜層不應脫落；缺陷按照ISO10110-7進行測試。試驗驗證的情況和結果上海光機所是目前國內在超快激光薄膜研發(fā)、工程化最為完善的單位之一，年生產超快激光薄膜色散鏡上千片，且目前所研發(fā)生產的產品已批量成功應用于5PW、SUFL等超強超短激光裝置，在長期的科研生產實踐中積累了豐富的經驗，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。采用國際先進標準的情況因目前未發(fā)現國際上的相關標準，因而未采用。標準涉及的知識產權情況說明無。與現行法律法規(guī)、標準的關系本標準符合我國目前法律、法規(guī)的規(guī)定。實施標準的要求和措施建議色散鏡相關的術語和定義、分類、技術要求、檢驗方法以及機械性能、化學性能和環(huán)境性能的基本要求，應根據本標準以及相應技術文件中的檢驗規(guī)定進行，建議薄膜制造方可根據需求在色散鏡的分類、設計、生產材料和制造方法、檢驗試驗中采用本標準。隨著國家推行產業(yè)升級，超快激光器及其應用的市場形勢發(fā)展良好，色散鏡作為系統關鍵元件的需求會大幅增加。但是國內外均未有相關標準可依托，因此急需該領域的標準，為進一步規(guī)范化色散鏡生產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，率先制定相關標準，對增強在該領域的話語權和知名度，具有重要意義，建議盡快發(fā)布實施。修改或廢止有關標準的建議及理由無。標準印刷數量建議具體發(fā)行量由機關確定。其他需說明的事項無。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)境適應性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