通过引入自动扫描光栅单色仪, 实现了快速色散测量, 极大程度地降低了载波包络偏频慢漂对测量准确度的影响, 降低了测量复杂度, 提高了色散测量精度。以815 nm钛宝石锁模激光器作为光源, 以自建的八镜光学腔作为参考, 对厚度约为6.35 mm的熔融石英窗片的群延迟色散(GDD)进行了测量, 结果与Sellmeier方程给出的理论值相差1.2 fs2, 不准确度仅为0.5%。测得八镜光学腔在常温常压状态下的GDD为28.8 fs2, 比理论值低约12 fs2, 原因可归结为8片腔镜镀膜的不均匀性。

为了对双光子显微成像系统的群延迟色散进行校正,提高双光子激发效率的目的,采用自相关仪测量的方法在自行搭建的双光子系统光路的四个位置测量飞秒激光的脉冲展宽情况,测量样品位置5个波长下最优的群延迟色散补偿值,由此拟合得到自搭建双光子系统的全波段群延迟色散补偿曲线。实验结果表明在应用此群延迟色散补偿曲线后样品位置的脉冲宽度平均减小95 fs,在两个典型激发波长（750 nm和900 nm）生物样品的荧光强度分别提高了42.7%和76.8%。结论为双光子激发效率与飞秒激光的脉冲宽度成线性反比关系。

利用Kogelnik耦合波理论对超短脉冲激光经透射型体Bragg光栅的时域衍射特性进行了研究, 讨论了透射型体Bragg光栅的群延迟色散和光栅结构参数之间的关系, 分析了群延迟色散和频谱剪切对衍射脉冲时域强度分布的影响.结果表明: 当入射超短脉冲脉宽为100 fs时, 经透射型体Bragg光栅衍射后的脉冲展宽主要源自光栅对入射脉冲的频谱剪切, 当入射超短脉冲脉宽为10 fs时, 衍射脉冲的展宽量不仅受频谱剪切的影响, 而且与光栅的群延迟色散密切相关.

为精确测量超快激光色散补偿薄膜的群延迟色散，提出了一种基于窗口傅里叶变换和样条插值去噪算法的新型白光干涉测量方案。计算机模拟表明此方法测试精度可达0.58 fs2。分析了高斯噪声和光强平均效应对测试精度的影响，并使用此方法对实验制备的Gires-Tournois干涉反射镜和啁啾镜进行了测试，在宽光谱范围内测试误差小于10 fs2。该方法相比其他算法可以更快速、更精确地实现薄膜相位信息的提取，具有更高的测试精度和实用性。

飞秒激光脉冲的产生主要依赖于激光腔内净的负群延迟色散.但是在固体激光器中，增益介质和其它光学元件却引入了正色散，因此需引入相应的色散补偿机制.布儒斯特角棱镜对曾是激光腔中色散补偿的主要办法，但是它在进行群延迟色散补偿的同时还会引入高阶色散,使激光器操作困难并影响激光器的尺寸和重复频率.Gires-Tournois镜是一种新型的色散补偿元件，可以克服这些缺点.本文介绍了Gires-Tournois镜的基本结构，分析了影响Gires-Tournois镜的群延迟时间、群延迟色散和三阶色散的量，给出了Gires-Tournois镜的设计原则并根据Cr∶LiSAF飞秒激光器中的色散补偿要求设计了性能优良的Gires-Tournois镜.该Gires-Tournois镜在750~900 nm的波长范围内具有高于99.9%的反射率和-35±8fs2的群延迟色散.用这样的Gires-Tournois镜经过4次反射后可以补偿3mm的Cr∶LiSAF晶体的绝大部分群延迟色散.

Three types of dispersion mirrors are designed and discussed. The first type is the complementary chirpedmirror pair used for providing smooth group delay dispersion (GDD) in the wavelength range of 550-1050 nm. Such mirrors are obtained by shifting the GDD oscillation period. The second type of mirror combines the characteristics of chirped mirrors and Gires-Tournois interferometer mirrors. It provides a high dispersion compensation of about -800-fs² GDD in the range of 780-830 nm and about -1150-fs² GDD in the range of 1020-1045 nm. The third type is a protected silver mirror with high reflectivity and low dispersion in the range of 650-1000 nm at 45°.

负色散镜的色散补偿性能对设计和制备的精度要求都非常高, 折射率和薄膜物理厚度是其性能准确实现的必要参数。实验设计并镀制了Gires-Tournois(G-T)镜, 结合电场强度分布及薄膜的群延迟色散(GDD)、扫描电镜的测量结果, 从材料折射率、膜层厚度、敏感膜层的变化及界面粗糙度等主要因素对Gires-Tournois镜群延迟色散性能的影响进行了分析。研究表明：设计时采用的材料折射率要根据实际实验计算得到; 群延迟色散量随着总的膜层厚度和腔的厚度增加而增加; 电场强度的分布决定色散补偿能力及敏感膜层的位置, 最薄的膜层不一定是最敏感的膜层, 敏感膜层对沉积厚度控制精度要求非常高; 薄膜的界面粗糙度和不均匀性也是误差产生的重要原因。

应用耦合模方程对光波在后端镀膜啁啾反射镜中的传播规律进行分析计算,在分析的过程中加入了边界条件的影响,推导出后端镀膜啁啾反射镜在理想情况下的反射率和穿透深度的解析表达式.分析和计算的结果都表明,考虑了边界条件后,对光波在后端镀膜啁啾反射镜中传输规律的描述更加完整,对后端镀膜啁啾反射镜的主要特性的分析计算更为精确.

阐述了用光学薄膜进行色散补偿的基本原理,介绍了设计的基本过程.根据Ti∶ Sapphire飞秒激光器中腔内色散补偿的要求,设定了色散补偿目标,通过计算机优化,得到了一种40层的Ta2O5/SiO2介质膜系.该膜系能在720～870 nm范围获得大于99.5%的反射率,在510～550 nm获得大于90%的透射率,在740～850 nm提供较平滑的-40 fs2的群延迟色散.这样的结果经过7次反射后,可以补偿5-mm Ti∶ sapphire晶体产生的绝大部分群延迟色散.

介绍了啁啾镜的基本原理和优化设计思想,阐述了优化设计的基本过程,并通过计算机优化计算了啁啾镜设计.具体分析了影响啁啾镜色散补偿特性的几个主要因素,如色散量、色散带宽、膜层数以及膜层的厚度变化对啁啾镜光学特性造成的影响.其中色散量的控制和色散带宽的选择是最重要的优化设计指标.