成功交付 | 镱镭飞秒交付近千瓦量级 MPC 脉冲压缩器
2026.06.01

一、高通量 HHG / XUV / EUV,为什么需要「近千瓦量级飞秒」?
高次谐波产生(HHG)是连接飞秒激光与极紫外(EUV)、X 射线相干光源的物理桥梁——一束飞秒红外驱动光在气体或固体靶上被非线性极化,辐射出从可见一直延伸到水窗(< 5 nm)的相干 XUV 谐波。这一物理过程过去三十年由钛宝石激光主导,但它的瓶颈日益清晰:单光子通量受限于光源平均功率。
钛宝石主机典型输出在 1–10 W / kHz 量级,做出的 HHG XUV 通量大约只有 10⁹–10¹⁰ photons/s——足以做单次实验,远远不足以驱动需要高统计的 TR-ARPES、阿秒条纹相机、相干衍射成像(CDI)、EUV 全息这类下一代实验。
HHG 通量沿两条物理路径线性放大:单脉冲能量与重复频率。但能量受限于电离饱和,再做大就「饱和」了;唯一可行的路径是把重复频率推到 MHz 量级、把平均功率推到近千瓦量级、同时把脉宽保持在亚 50 fs。这是钛宝石做不到的——只能交给 1030 nm 工业 Yb 激光 + 多通腔(MPC)后压缩这条新链路。

二、成功交付:同一台 MPC,从 20 W 走到 497.7 W
2026 年,镱镭飞秒在国内某科研单位完成 HYPERION-G-HE 定制版 MPC 非线性脉冲压缩器的现场验收测试。这套 MPC 此前已在出厂阶段完成 50 kHz / 20 W 输入条件下的低重频、低功率联调(输出 19.598 W / 34.3 fs);本次现场验收则在 1 MHz / 512 W 注入条件下完成「同一硬件、近千瓦量级输入」的高功率工程验证。
简而言之:同一台 MPC 硬件,被推到了原方案能量预算 25 倍的注入功率,仍以 97.2 % 的高传输效率稳定出光——这是 MPC 技术路线相对于光纤展宽方案最关键的工程优势。

(1)交付内容
 ■  HYPERION-G-HE:定制版气体填充多通腔(MPC)非线性脉冲压缩器,1.5 Bar 氩气工作介质,搭配啁啾镜色散补偿;

(2)系统配置
 ■  注入主机:1030 nm Yb 飞秒激光主机,输出 512 W / 512 µJ @ 1 MHz / 264 fs(注入端实测)
 ■  MPC 主体:HYPERION-G-HE Herriott 型气体多通腔,工作气体 1.8 Bar 氩气,21.94 °C / 31.93 % RH
 ■  配套:啁啾镜组(GDD 补偿)、高功率指向稳定系统(TEM 标准版)、近场 + 远场光斑监视模块、出口连续衰减、相干 3000 W 量程功率计
 ■  测试仪器:瑆创 L/300-1100 光谱仪、PulseCheck-150 自相关仪、相干 3000 W 功率计、Dataray WinCamD-LCM 光斑分析仪

(3)覆盖的核心研究方向(行业通用)
 ■  高通量 HHG XUV 光源:MHz 重频 + 近千瓦平均功率驱动的高次谐波,单光子通量可达传统钛宝石方案的 2–3 个数量级;
 ■  EUV / 软 X 射线相干光源:6.7–100 nm 谐波相干光,服务于 EUV 全息、相干衍射成像、EUV 光刻计量;
 ■  阿秒科学:sub-50 fs 驱动 + MHz 重频提供阿秒条纹相机所需的高统计与高时间分辨;
 ■  时间分辨 ARPES(TR-ARPES):高重频 XUV 光源大幅缩短数据采集时间,分钟级分辨能带动力学;
XUV 光电子显微镜(PEEM / TR-PEEM):高通量是空间分辨实验的硬性门槛。

三、为什么选择镱镭飞秒?
近千瓦量级飞秒后压缩在全球范围内都属高端配置——能量、稳定性、光斑、气体管理任何一环出问题,整套系统就会停。客户在系统比选后选择镱镭飞秒,原因有四:
■ 同一台 MPC 实现 25× 注入功率的「平台扩展」能力:从出厂阶段 50 kHz / 20 W → 现场 1 MHz / 512 W,硬件未做替换,仅通过气压、色散管理、出口衰减的参数化调整即完成。这是上一代基于光纤展宽方案根本做不到的功率扩展空间。
■ 97.2 % 总传输效率:512 W 进 / 497.7 W 出,能量「几乎一分不丢」。对 HHG 这种本身效率只有 10⁻⁶–10⁻⁸ 的过程,前端每一微焦能量都不应在压缩段被浪费。
■ 全链路本土化集成:MPC 主体、啁啾镜组、出口衰减、近远场监视、激光防护互锁全部由同一厂家交付,应用工程师本地驻场调试——避免进口拼装方案在近千瓦量级下普遍存在的「接口黑盒」与售后死角。
■定制化能力:气压(1.5 Bar → 1.8 Bar)、出口光斑参数、远场监视位置、衰减档位均按本次客户现场实验需求逐项重新标定,体现了 MPC 这类非线性器件最关键的工程能力——「按场景调参」。

四、【硬指标】
HYPERION-G-HE MPC

项目

指标

条件

重复频率

1 MHz

现场验收

输入功率

512 W

1 MHz

单脉冲能量

512 µJ

1 MHz

输入脉宽

264 fs

1 MHz

输入−10 dB带宽

16.3 nm

瑆创 L/300-1100

输入光束直径

6.382 mm

--

输出功率

497.7 W

1 MHz

单脉冲能量

497.7 µJ

1 MHz

输出脉宽

46.4 fs

--

压缩比

5.7 ×

目标 ≥ 5×

总传输效率

97.2 %

目标 > 90 %

输出−10 dB带宽

73 nm

4.5× SPM 展宽

功率稳定性

0.33 % RMS

16 h

 

MPC 输入(264 fs)vs 输出(46.4 fs)脉宽对比示意 MPC 输入 / 输出 –10 dB 光谱包络对比示意 · 实测带宽分别为 16 nm(输入)与 73 nm(输出),瑆创 L/300-1100 光谱仪

(1)脉宽:264 fs → 46.4 fs(压缩 5.7 倍)
在注入端 1 MHz / 512 µJ / 264 fs 条件下,MPC 出口实测脉宽 46.4 fs(PulseCheck-150 自相关仪,Sech² 拟合,ACF FWHM 69.2 fs,Fit R² = 0.988)。压缩比 5.7 倍,达到设计目标 < 50 fs 并留有余量。注意:相对于出厂联调阶段(50 kHz / 231 → 34.3 fs,6.7 倍压缩),近千瓦量级输入下脉宽略宽——这是预期内的能量-相位平衡:高功率下气体非线性更强,光谱过度展宽会破坏啁啾线性度,工程上选择略「保守」的色散补偿,以换取功率稳定性与光斑质量。
(2)光谱:16.3 nm → 73 nm(–10 dB 带宽展宽 4.5 倍)
1030 nm 注入光的 –10 dB 光谱带宽 16.3 nm;经 1.8 Bar 氩气 MPC 自相位调制(SPM)展宽后,输出 –10 dB 带宽达 73 nm,已为 46.4 fs 脉宽提供了充足的傅里叶变换带宽。光谱中心保持在 1030 nm 附近,啁啾镜组色散补偿精确匹配。

 

MPC 16 h 连续烤机功率稳定性 · 平均 500 W · RMS = 0.33 %  

(3)16 h 长时稳定性:0.33 % RMS
在 500 W 平均功率输出下连续 16 小时烤机,,对应功率稳定性 0.33 % RMS。

五、客户怎么说?

作为长期从事高通量 HHG XUV 光源与阿秒科学研究的课题组,我们对 1030 nm Yb 主机的「平均功率 × 脉宽 × 重频」三维空间有近乎极致的要求。HHG 的 XUV 光子通量直接正比于驱动光的平均功率,要把通量推到 10¹² photons/s 量级、把 EUV 全息和 TR-ARPES 这类需要长时间采集的实验拉到分钟级数据集,必须同时拿到 MHz 重频、近千瓦平均功率、亚 50 fs 脉宽——这三者过去用钛宝石根本组合不出来,传统 Yb + 光纤压缩方案又卡在 100 W 量级上不去。
这次镱镭飞秒交付的 HYPERION-G-HE 多通腔后压缩器,最让我们震撼的是「同一台 MPC 平台跨数量级扩展」:出厂阶段就只跑过 50 kHz / 20 W 输入,到了我们现场直接被推到 1 MHz / 512 W——整整 25 倍的功率扩展,输出端实测 497.7 W / 46.4 fs / 97.2 % 传输效率。对一个非线性器件而言,这种「平台扩展性」是核心竞争力,意味着我们后续把激光器升级到 1 kW、2 kW 也不必更换 MPC。这是过去用进口拼装方案完全做不到的弹性。
更打动我们的是工程交付能力:气压、色散补偿、出口衰减、远场监视位置全部按我们的现场实验需求逐项重新标定;16小时近千瓦输出 0.3 % RMS 稳定性对 HHG 单次实验、ARPES 单次数据集已经够用,应用工程师本地驻场、小时级响应,这是进口品牌远程支持没法比的。性价比、交期、可定制性、平台扩展性四者兼得,对国产高端飞秒后压缩装备在近千瓦量级的能力,我们的信心明显更足了。

— 某科研单位高通量 HHG / 阿秒 XUV 光源课题组

 

这次 HYPERION-G-HE 在近千瓦量级输入下完成现场验收,是镱镭飞秒「Yb 飞秒 + 气体 MPC 后压缩」全链路产品向高功率工程化的关键一步。从出厂阶段 50 kHz / 20 W 验证、到现场 1 MHz / 512 W 验收,同一台 MPC 实现 25 倍注入功率的跨度——这不仅是参数表上的数字,更是 MPC 技术路线相对于其它后压缩方案在工程可扩展性上的根本优势。
从产品定位上,这一档近千瓦量级、亚 50 fs、MHz 重频的飞秒源,正是下一代高通量 HHG XUV / EUV 光源的基础驱动器。我们相信:随着国产 Yb 高功率激光与气体 MPC 后压缩同步成熟,「近千瓦量级亚 50 fs 飞秒驱动」将从少数顶尖实验室的定制方案,变成更多 HHG / 阿秒 / EUV 课题组可以企及的标准配置——这是国产飞秒产业链向高通量 XUV / EUV 应用迈出的实质性一步。
镱镭飞秒相信:随着国产气体 MPC 与啁啾镜组的成熟,「亚 50 fs 工业飞秒源」将从少数实验室的定制方案,变成更多课题组的标准配置。
如果你正在筹建飞秒 EUV / XUV 实验室,欢迎在后台留言,镱镭应用工程师将为你提供 1 对 1 选型与光路设计支持。