CSTM-色散镜的基本要求编制说明

密级：光电材料及产品领域光学薄膜标准编制说明标准名称色散镜的基本要求主编单位中国科学院上海光学精密机械研究所参编单位西南技术物理研究所中国工程物理研究院激光聚变中心

《色散镜的基本要求》编制说明任务来源及计划要求经中国材料与试验团体标准委员会光电材料及产品领域委员会审查，根据“关于CSTM标准《色散镜的基本要求》的立项公告”，光电材料及产品领域光学薄膜标准《色散镜的基本要求》由中国科学院上海光学精密机械研究所（以下简称上海光机所）牵头编制完成，研究周期为1年，标准计划编号为CSTMLX600500312-2019。编制说明编制原则本标准符合国家有关法规和政策，贯彻执行国家标准、国家军用标准和行业标准的有关规定，充分吸收适用于本技术要求的相关国家光学薄膜标准的内容，与相关标准协调一致。本标准的构成、内容、文字的表述、条文的编排、文件的引用等应符合GJB6000-2001《标准编写规定》的要求。编制出的标准应具有先进性、适用性、科学性和可操作性。工作分工本标准由中国科学院上海光机所主承研，西南技术物理研究所、中国工程物理研究院激光聚变中心为联合承研单位。自接到标准任务后，根据计划要求成立了相关技术人员和标准化人员共同组成的项目编制组,并编制了标准编制计划表，按照计划表开展具体工作。经过对中科院上海光机所长期积累的经验及调研情况进行分析，并结合中科院上海光机所科研生产实际情况，编制出了标准草案。标准草案完成后，2020年1月由中科院上海光机所组织项目组进行了讨论，确定了修改原则，并对标准草案进行了完善。主要技术内容的说明色散量色散镜的分类由色散镜的特征色散曲线的色散量所决定，带宽、反射率对色散镜的性能有一定影响。因此根据对超短激光脉冲在膜层中色散进行调控的特点规定了色散镜的定义和术语，按照膜层结构特征、色散调控能力分为低色散镜、啁啾镜、高色散镜和高阶色散镜。具体按照引入二阶色散量的多少，综合分析已有的国内外的研究报道结果，分别考虑对应0和±300fs2为界线进行划分，低色散镜在宽带光谱传输过程中不引入额外色散即色散接近0；在提供色散补偿调控的啁啾镜和高色散镜以±300fs2为界线进行划分；高阶色散镜不涉及到色散量的大小，只要有相关的三阶及以上的色散要求就化归为高阶色散镜，相关分类特征符合3条和7条中相关规定。高色散镜和啁啾镜划分量来自于关于薄膜提供大色散量中-300fs2的报道（HighlydispersivemirrorinTa2O5/SiO2forfemtosecondlasersdesignedbyinversespectraltheory,AppliedOptics,1999,Vol.38,No.21），此外考虑中红外波段反常色散，色散镜需要提供正的色散补偿，因此啁啾镜和高色散镜的划分界限定义为±300fs2。色散振荡对于色散镜，色散性能反映了薄膜的色散调控设计和制备能力，色散特征曲线偏离目标色散补偿量的百分比来表征色散振荡，色散振荡直接影响了色散镜的使用效果，在带宽范围内，为了抑制色散振荡，一般采用两个或者多个色散镜同时配对使用，通过色散振荡相消来抑制振荡。考虑在带宽范围内，色散镜对的色散震荡与带宽、目标色散值密切相关，及对色散镜对的色散震荡设计性能、制备和匹配误差、对实际使用效果的影响，依据国内外相关报道及实际研制结果，按照不同的带宽来划分不同的色散振荡值:色散带宽≤200nm，色散镜对的色散震荡一般应小于目标色散值的±30%，例如：GDD为-100±30fs2。200nm≤色散带宽≤500nm，色散镜对的色散震荡一般应小于目标色散值的±50%，例如：GDD为-100±50fs2。色散带宽≥500nm，色散镜对的色散震荡一般应小于±100fs2（1.5-octavechirpedmirrorforpulsecompressiondowntosub-3fs，Appl.Phys.B87.5-12,2007）。色散量和色散振荡应按照9.3中白光干涉仪进行色散测量的方法，其结果应符合7.1条、7.2条、7.3条、7.4条和7.8条。反射率和损伤阈值色散镜的反射率决定了光束传输的效率，因为使用过程中一般要承担多次的反射功能，所以通常色散镜应具有较高的宽光谱反射率，反射率≥99.5%；损伤阈值是在高能飞秒激光传输时候对激光薄膜的基本要求。经过工艺验证和使用反馈，确定反射率应按照GJB5023中的规定，对薄膜进行测试，其结果应符合7.7条；损伤阈值参照GB/T16601.2－2017的规定进行测试。附着力、环境适应性、缺陷色散镜一般膜层较厚，基本要求应包括附着力、环境适应性等，这些性能决定了基于膜层材料和制备工艺的色散镜的基本稳定性，按照表1相关实验后膜层应符合光学特性的基本要求，附着力应仍可承受ISO9211-4，采用试验方法02中的严酷等级01，膜层不应脱落；缺陷按照ISO10110-7进行测试。试验验证的情况和结果上海光机所是目前国内在超快激光薄膜研发、工程化最为完善的单位之一，年生产超快激光薄膜色散镜上千片，且目前所研发生产的产品已批量成功应用于5PW、SUFL等超强超短激光装置，在长期的科研生产实践中积累了丰富的经验，得到了实际的使用验证，因而未针对此标准单独进行试验验证。采用国际先进标准的情况因目前未发现国际上的相关标准，因而未采用。标准涉及的知识产权情况说明无。与现行法律法规、标准的关系本标准符合我国目前法律、法规的规定。实施标准的要求和措施建议色散镜相关的术语和定义、分类、技术要求、检验方法以及机械性能、化学性能和环境性能的基本要求，应根据本标准以及相应技术文件中的检验规定进行，建议薄膜制造方可根据需求在色散镜的分类、设计、生产材料和制造方法、检验试验中采用本标准。随着国家推行产业升级，超快激光器及其应用的市场形势发展良好，色散镜作为系统关键元件的需求会大幅增加。但是国内外均未有相关标准可依托，因此急需该领域的标准，为进一步规范化色散镜生产及完善和拓展色散镜市场，促进行业可持续发展，提供广泛的依据和参考标准，以满足色散镜快速发展的需求。此外，率先制定相关标准，对增强在该领域的话语权和知名度，具有重要意义，建议尽快发布实施。修改或废止有关标准的建议及理由无。标准印刷数量建议具体发行量由机关确定。其他需说明的事项无。参考资料清单GB/T26332.1-2018，光学和光子学—光学薄膜—第1部分：定义GB/T26332.2-2015，光学和光子学—光学薄膜—第2部分：光学特性GB/T26332.3-2015，光学和光子学—光学薄膜—第3部分：环境适应性GB/T26332.4-2015，光学和光子学—光学薄膜—第4部分：规定的试验方法ISO9211-3-2008，光学和光子学—光学涂层—第3部分：环境耐久性ISO9211-4-2006，光学和光子学—光学涂层—第4部分：特定试验方法ISO9022-2-2015，光学和光子学—环境试验方法—2部分：冷、热和湿度ISO10110-7-2008，光学和光子学—光学元件和系统制图准备—第7部分：表面疵病公差。ISO10110-8，光学和光子学—光学元