滤光片知识：反射激光的群延迟色散 (GDD)

在多光子荧光和二次谐波 (SHG) 成像等应用中，使用短脉冲近红外激光来激发样品。最常见的激光器是可调谐锁模钛蓝宝石激光器，其脉冲持续时间约为 100 飞秒 (fs)。由于非线性光学效应强烈依赖于激光脉冲的峰值强度，因此最有效的成像发生在脉冲展宽 -- 以及随之而来的峰值强度下降 -- 保持在最低限度时。例如，给定脉冲能量的峰值脉冲强度越高，可以对样品进行成像越深。

脉冲展宽是由与用于将激光引导和聚焦到样品上的光学器件相关的色散引起的，包括反射镜、透镜和分束器（又称二向色镜）。始终希望将这些组件的分散保持在最低限度。但是，对于要求最苛刻的应用，需要使用额外的光学器件来补偿色散 -- 在这种情况下，无论色散的实际大小如何，系统组件的色散都必须尽可能平滑并随波长缓慢变化。

Semrock 的 BrightLine FF670-SDi01 和 FF720-SDi01 短波通二向色分束器（又称二向色镜）设计用于将激发激光反射到样品，同时提供返回的近紫外和可见荧光或 SHG 信号的出色传输。与这些分束器反射的激光相关的群延迟色散 (GDD) 非常低。例如，对于 FF670-SDi01 滤波器，100 fs 变换限制高斯脉冲在整个激光波长范围内的展宽小于 2%，对于 FF720-SDi01 滤波器在整个激光波长范围内的展宽远小于 1%。

反射中群延迟色散的设计光谱如下图所示。对于 FF670-SDi01 分束器，GDD 被设计成一条非常平滑的曲线，随波长缓慢变化，并且在 705 和 1075 nm 之间的 s 偏振光和 725 到 1040 nm 之间的 p 偏振光保持在 ± 500 fs2 范围内. 此外，在 730 和 1030 nm 之间，s 偏振光和 p 偏振光的 GDD 之间的差异小于 ± 100 fs2。对于 FF720-SDi01 分束器（又称二向色镜），s 偏振光和 p 偏振光的 GDD，以及两种偏振光的 GDD 之差，在 750 和 875 nm 之间设计为小于 ± 30 fs2。GDD曲线的低GDD和小斜率方便了想要补偿 GDD的用户，因此，在用过多的脉冲能量破坏样品之前，可以对样品进行更深入的探测。保持 s 偏振光的 GDD 与 p 偏振光的 GDD 大致相等，有助于想要研究偏振效应的用户。

FF670-SDi01 的群延迟色散 (GDD)

FF720-SDi01 的群延迟色散 (GDD)

偏振相关

FF720-SDi01 短波通分束器（又称二向色镜）非常适合使用 810 nm 激发和 405 nm 处 SHG 信号观察的二次谐波生成 (SHG) 成像。除了其极佳的色散特性以最小化脉冲展宽外，偏振性能经过精心设计，可在任何旋转方向上保持反射激光（激发）光束和传输信号光束的线性偏振。

与 s 偏振光和 p 偏振光相关的相移差异的设计光谱如下所示，用于从 FF720-SDi01 分束器反射（左）和透射（右）的光。在这两种情况下，相移差都非常低且变化缓慢。

FF720-SDi01 分束器反射的 s 和 p 偏振光的相移差

通过 FF720-SDi01 分束器传输的 s 和 p 偏振光的相移差

这种微小的相移差异，加上分别在 810 和 405 nm 附近的反射和透射几乎相同的 s 和 p 偏振光振幅值，意味着入射到滤光片上的线性偏振光在经过滤光片后保持非常高的线性度通过过滤器反射或传输。下图显示了线性度保持得如何，即使对于 405 nm 附近更困难的反射情况也是如此。阴影区域显示线性偏振输入光状态的所有可能旋转方向的输出线性比范围。最高输出偏振比适用于近乎完美的 s 或 p 偏振光输入，而最低输出偏振比则出现在 s 偏振和 p 偏振近似相等的输入混合时。

在 810 nm 处保持 FF720-SDi01 反射光的线性偏振

通过 FF720-SDi01 传输的光在 405 nm 时保持线性偏振

虽然 FF670-SDi01 分束器并非设计用于保持输入光任何旋转方向的偏振，但相移差分光谱是随波长缓慢变化的平滑曲线。如下图所示，对于从分束器反射的激发激光，p 偏振光和 s 偏振光的相移之间的差异是平滑的，并且波长在 60° 和 180° 之间缓慢变化在 750 到 1000 纳米之间。在任何给定的激光工作波长下，波片可用于确保样品处所需状态的线性偏振，从而方便想要研究偏振效应的用户。对于通过分束器传输的返回信号荧光或 SHG 光，

FF670-SDi01 分束器反射的 s 和 p 偏振光的相移差

通过 FF670-SDi01 分束器传输的 s 和 p 偏振光的相移差