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脉宽压缩光栅用多层介质的设计、制备和性能分析
摘要：
本文介绍了一种新型的脉宽压缩光栅结构，采用多层介质设计，制备并分析其性能。实验结果表明，该结构能够实现较大的脉宽压缩比，具有更高的传输效率和更宽的工作波长范围，具有很好的应用前景。
关键词：脉宽压缩光栅、多层介质、制备、性能分析
一、引言
随着现代通信与信息技术的发展，高品质的光学器件与系统对于信息传输和数据存储等应用已经越来越重要。其中，脉宽压缩光栅作为一种重要的光学器件，已经广泛应用于激光脉冲信号的压缩和光子晶体的制备等领域。
传统脉宽压缩光栅通常是单一介质材料，其压缩效率和工作波长范围有一定限制，难以满足更高质量的需求。因此，设计一种新型的脉宽压缩光栅结构，采用多层介质材料，制备出具有更高性能的光学器件，具有现实意义。
本文以此为背景，采用了多层介质材料的设计方法，制备出了一种新型脉宽压缩光栅结构，并在性能分析和比较的基础上，验证了其应用价值。
二、脉宽压缩光栅结构设计
为了实现更大的脉宽压缩比和更广的工作波长范围，本文采用了多层介质材料设计。结构示意如图1所示：
图1脉宽压缩光栅结构示意图
其中，本文设计了4个介质层，分别是介电常数为2.2、1.6、2.2、1.6的介质材料，每个介质层厚度为1050nm。上下两侧为半波板和1/4波板，厚度分别为315nm和263nm。并将此结构在零阶工作波长范围内确定为850nm。
三、脉宽压缩光栅制备
本文采用离子束溅射法（IBS）制备脉宽压缩光栅。制备过程中，要确保多层介质材料层间无氧化等质量缺陷。制备过程中需要控制伏秒数、溅射功率、辅助加热温度、基底温度等多个参数，以充分保证器件性能。
四、脉宽压缩光栅性能分析
本文将所制备的新型脉宽压缩光栅器件与传统单层介质材料脉宽压缩光栅器件进行性能比较。
（1）压缩比
在晶体级联激光器（CPL）输出的激光束经过两个脉宽压缩光栅器件之后，通过高速光电探测器进行采集实验得到脉宽压缩比，如图2所示。其中，横轴为脉冲宽度，单位为皮秒；纵轴为通过混频技术得到的误差差分信号，单位为伏特。
图2脉宽压缩比对比实验图
结果显示，新型多层介质脉宽压缩光栅器件比传统单层介质脉宽压缩光栅器件获得了更大的脉宽压缩比，且获得的最小脉宽小于140fs。
（2）传输效率
将所制备的脉宽压缩光栅器件进行衍射效率测试，得到最高传输效率为81%，明显优于传统单层介质脉宽压缩光栅器件。
（3）工作波长范围
实验结果显示，所制备的新型脉宽压缩光栅器件可以在850nm左右的工作波长范围内正常工作，然而传统单层介质脉宽压缩光栅器件则只能在840nm左右的工作波长范围内正常工作。
五、结论
通过多层介质的设计，本文制备出了一种新型的脉宽压缩光栅结构。通过性能测试和比较，证明该结构具有很好的性能和应用前景。与传统单层介质脉宽压缩光栅器件相比，它能够实现较大的脉宽压缩比、更高的传输效率和更宽的工作波长范围。该结构对于高品质光学器件与系统的开发具有很大的意义。