飞秒激光通过色散介质后，脉冲会展宽。展宽的脉冲不利于飞秒激光的应用，比如会降低双光子荧光的激发效率。为了使展宽的脉冲恢复原始脉冲宽度，需要能够提供负色散的光学元件进行色散补偿。经典的色散补偿方案是使用棱镜对或光栅对提供负色散，需要飞秒激光四次通过棱镜或光栅。这两种方案的缺点是通光效率较低，光路结构复杂并且系统稳定性较差。事实上，已经有报道证实，只让飞秒激光两次通过棱镜就可以进行有效的色散补偿。这种方案的优点是通光效率较高，光路结构比较简单。但是当系统的色散比较大时，这种方法不能够提供足够大的负色散量进行有效的色散补偿。为了使用简单的补偿结构，又能进行有效的色散补偿，需要研究提高负色散量的方法。

传统的提高负色散量的方法是通过调整角色散器件的角色散参数和色散补偿距离来实现的。生物医学光子学研究团队首次提出了通过增大飞秒激光光束尺寸提高角色散器件提供的负色散量的方法。结果表明，与不扩束相比，通过简单的光斑扩束，可以使角色散器件提供的最大负色散量提高10倍以上；用来补偿通过高色散介质TeO2的飞秒激光的色散时，可以使补偿后的最小脉宽降低50 %，补偿距离减小70 cm。这些结果对于优化应用飞秒激光的系统具有重要意义。全文发表在美国光学协会（OSA）的期刊Optics Express 上（Vol. 17, No. 19, pp. 16415-16422, 2009）。

该研究工作得到国家自然科学基金（60708025，60828009）和973计划（2006AA020801）的资助。

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上图所示： 飞秒激光两次通过棱镜，用来补偿TeO2引起的色散。当飞秒激光光斑尺寸不同时，理论（实线）和实验（点）的脉冲宽度随补偿距离的变化。从实验结果可以看出，4倍扩束（黑）相对于不扩束（蓝）时，补偿后的最小脉宽更短，同时也缩短了补偿距离。这表明通过扩束可以提高角色散器件的色散补偿能力。