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成功交付 | HELIOS 高功率 Yb 飞秒激光落户985高校
2026.06.22
一、当 Yb 飞秒遇上「脉冲选单」——OPA 泵浦的下一代标配
过去十年，1030 nm 工业 Yb 飞秒激光器以低热负载、长寿命、二极管直接抽运的工程优势，逐步取代了上一代以钛宝石为代表的科研级飞秒平台。它的输出指标——百微焦至毫焦级单脉冲能量、200~300 fs 脉宽、< 1 % 长时稳定性——正好覆盖了超快光谱实验中最高频的一类需求：作为下游 OPA（光参量放大器）的「专属泵浦源」。
但工业飞秒主机要在「OPA 泵浦」这个具体场景里真正可用，光有功率与脉宽是不够的——它还必须具备一个常被低估的核心模块：脉冲选单（pulse picker）。
为什么？因为下游实验对重频的需求是「跨越数量级」的：用钙钛矿薄膜做 TA 实验时，载流子寿命可能在数百 ns 量级，意味着泵浦重频不能高于 100 kHz，否则前一个脉冲的激发态还没回到基态、下一个脉冲又打过来，信号被「堆积」掩盖；做 ZnO、TMD 等半导体材料的相干声子动力学时，脉冲间隔甚至要降到 ms 量级（1 kHz）；而做光致发光快谱、薄膜光物理时，又希望尽量高重频（100 kHz）拉高扫描效率。一台主机想要一并支撑这三类实验，必须把重频「连续可选」从 100 kHz 一直降到单脉冲触发——这就是脉冲选单的核心价值。
镱镭飞秒 HELIOS-10W-HE 在主机内集成了完整的选单模块，把重频在 1 Hz – 100 kHz 之间连续可调，且全速率范围内保持稳定的脉宽与光斑——这正是高校超快光谱课题组日常采购时最关心的「一台多用」属性。
二、成功交付：1 mJ 级 Yb 飞秒，进入双一流超快光谱实验台
近期，镱镭飞秒为国内某985高校光电信息方向超快光谱课题组成功交付一台 HELIOS-10W-HE 高功率 Yb 飞秒激光主机。该课题组长期以「OPA 泵浦的瞬态吸收光谱」为核心实验手段，研究半导体材料、钙钛矿、二维异质结构中的超快载流子动力学，对泵浦源的脉冲能量、长时稳定性、光斑模式有近乎苛刻的要求。
1.客户类型：
国内某985高校光电信息方向超快光谱课题组，长期从事 OPA 泵浦的瞬态吸收（TA）实验、半导体与钙钛矿光物理、二维材料超快载流子动力学等方向的研究。本套激光器主要用于驱动客户实验室原有的 Ultrafast Systems OPA 系统，作为后端 TA 泵浦-探测光路与白光超连续光路的统一驱动源。
2.交付内容：
■ HELIOS-10W-HE 高功率 Yb 飞秒激光主机 × 1（1030 ± 10 nm，含脉冲选单模块）；
■ 配套：脉冲选单与高压模块、远程互锁、激光防护与冷却接口；
■ 接口：原生对接 Ultrafast Systems OPA 系统泵浦端，亦可作为白光超连续光路（100 mm 焦距聚焦 + 5 mm YAG）的独立驱动源。
3.覆盖的核心研究方向：
■ OPA 泵浦下游 TA 泵浦-探测实验（UV-Vis-NIR 全波段瞬态吸收）；
■ 半导体材料、钙钛矿薄膜、二维材料异质结的超快载流子动力学；
■ 飞秒白光超连续产生（YAG / Sapphire）及其稳定性诊断（OPA 探测端核心光源）；
■ 光致发光（PL）快谱与时间分辨发光衰减；
■ 后续可扩展：MPC 后压缩（< 50 fs）、DFG 中红外延伸（3-10 µm）、HHG 紫外驱动。
三、为什么选了镱镭飞秒？
在采购前，课题组系统比对了多家国内外 1 mJ 级 Yb 飞秒激光主机方案。最终选择镱镭飞秒，原因有四：
■ 「主机 + 选单」原生集成：1 Hz – 100 kHz 全速率范围内通过同一控制接口连续可调，无需另购外置 EOM 选单器；选单模块由镱镭自主设计，避免了多厂家拼装的接口与时序兼容风险。
■ OPA 泵浦能量充裕：10 kHz 工作点实测 1.13 mJ 单脉冲（设计值 ≥ 1 mJ 达成超额），能量预算足够同时驱动信号光、闲频光与白光超连续光路；100 kHz 工作点 15.7 W 平均功率，满足高重频高速扫描需求。
■ 长时稳定性优异：48 h 连续烤机 0.08 % RMS（11.2 W 平均功率），对 TA 泵浦-探测实验的「信噪比 = 多次平均」逻辑，这是从根本上拉低基线噪声的关键。
■ 光斑接近衍射极限：M²x = 1.089 / M²y = 1.092（10 kHz），远好于规格 M² < 1.3；对下游 OPA 与白光超连续模块的转换效率提升直接、可量化——这是「一台主机决定整条光路上限」的物理事实。
四、「硬指标」
HELIOS-10W-HE
*输出光谱：1037 / 1038.2 nm 中心 · 7.7 – 8.4 nm 带宽（接近变换极限）
在 10 kHz 与 100 kHz 双工作点下分别测得输出光谱（YOKOGAWA AQ6370B 高分辨率光谱仪）。10 kHz 工作点中心波长 1037 nm、光谱半高宽 8.42 nm；100 kHz 工作点中心波长 1038.2 nm、光谱半高宽 7.74 nm。两个工作点的光谱形貌近高斯型、轮廓平滑，无明显模式拍频或边带——这一指标说明主机种子源、放大链路与脉冲选单模块在能量、增益与相位上协同良好，未引入二次模式结构。
按 Δλ × Δt × c / λ² × 0.441（Gaussian 假设）反算傅里叶变换极限：10 kHz 工作点 Δλ = 8.42 nm 对应 TL ≈ 188 fs，实测 228 fs 为 TL 的 1.21 倍；100 kHz 工作点 TL ≈ 205 fs，实测 271 fs 为 TL 的 1.32 倍——两个工作点均接近变换极限，意味着后续若叠加 MPC 后压缩，本主机的能量与光谱足以稳定支撑 sub-50 fs 的输出。
*两个工作点：1.13 mJ@10 kHz · 15.7 W@100 kHz
HELIOS-10W-HE 在 10 kHz 工作点输出 11.2 W 平均功率、1.13 mJ 单脉冲能量、228 fs 脉宽；切换到 100 kHz 工作点输出 15.7 W 平均功率、157 µJ 单脉冲能量、271 fs 脉宽（脉冲选单同步可调，且全速率范围内中心波长稳定在 1037-1038 nm）。这是一台主机同时覆盖「高能量低重频」与「中能量高重频」两类应用场景的工程实现——前者用于 OPA 泵浦与白光产生，后者用于高重频快速 TA 扫描。
*48 h 长时功率稳定性：0.08 % RMS
在 10 kHz 工作点 11.2 W 平均功率下连续 48 小时烤机（前 1 小时热机），功率稳定性 0.08 % RMS（60F-DC-25U 功率计，S/N:224103120）。下图曲线在 48 小时窗口内几乎平直，可见整段无明显热漂移。对 TA 实验「噪声 = √(t/τ)」的统计逻辑而言，0.08 % RMS 意味着每次扫描的基线本身就远低于样品差分信号——可发表数据的获取效率显著提升。
*24 h 指向稳定性：2.56 µrad / RMS = 1.28 µm
在 F = 500 mm 透镜聚焦下连续监测 24 小时，质心位置 RMS = 1.28 µm，对应远场指向稳定性 2.56 µrad。对下游 OPA 而言，泵浦光指向稳定性直接决定了非线性晶体内的有效相位匹配长度——指向漂移 10 µrad 在 50 mm BBO 晶体内即可造成 ~50 µm 的光斑横向移动，足以改变 OPA 的输出能量与光谱形状。2.56 µrad 的水平基本上消除了这类「被动漂移」对下游模块的影响。
*光束质量 M² 接近衍射极限
10 kHz 工作点 M²x = 1.089 / M²y = 1.092（BSQ-SP920 光束质量分析仪 / Ophir BeamSquared）；100 kHz 工作点 M²x = 1.077 / M²y = 1.100。x / y 双向均远低于规格上限 M² < 1.3，这一指标对下游 OPA / 白光超连续模块的耦合效率与光斑均匀性具有决定性影响——M² 每偏离衍射极限 0.1，下游 OPA 转换效率经验上即降低 5-10 %。
五、客户怎么说？
我们课题组的核心实验是 OPA 泵浦的瞬态吸收光谱，长期以来用的是一台进口 1 mJ 级 Yb 飞秒主机驱动 Ultrafast Systems 的 OPA 系统。选择镱镭这次主要的考量有两点：一是脉冲选单能在 1 Hz – 100 kHz 之间连续可调，让我们的钙钛矿样品（载流子寿命数百 ns）和半导体快过程实验可以在同一台主机上无缝切换；二是镱镭把选单模块原生集成在主机里，无需外置 EOM，整体光路简洁、时序稳定。实际拿到数据后，最让我们意外的是稳定性——48 小时烤机 0.08 % RMS，比我们之前那台进口主机还要好一些；M² 接近 1.09 也明显优于规格。对 TA 实验来说，泵浦不稳定直接决定能不能拿到可发表的差分信号，0.08 % RMS 意味着我们之前需要反复多次扫描平均才能获得的信噪比，现在单次扫描即可达到——出数据的效率几乎翻倍。镱镭的售前售后响应也非常到位：100 mm 焦距 + 5 mm YAG 的白光超连续测试方案是我们提出的非标需求，镱镭直接按我们的要求重新出了一份测试用例，并把结果完整反馈给我们；后续我们还计划采购 OPA 与 MPC 模块——希望镱镭能在这条「OPA 泵浦超快光谱」全链路上，逐步替代我们光路里仍在使用的进口模块。
过去十年，1030 nm 工业 Yb 飞秒激光器以低热负载、长寿命、二极管直接抽运的工程优势，逐步取代了上一代以钛宝石为代表的科研级飞秒平台。它的输出指标——百微焦至毫焦级单脉冲能量、200~300 fs 脉宽、< 1 % 长时稳定性——正好覆盖了超快光谱实验中最高频的一类需求：作为下游 OPA（光参量放大器）的「专属泵浦源」。
但工业飞秒主机要在「OPA 泵浦」这个具体场景里真正可用，光有功率与脉宽是不够的——它还必须具备一个常被低估的核心模块：脉冲选单（pulse picker）。
为什么？因为下游实验对重频的需求是「跨越数量级」的：用钙钛矿薄膜做 TA 实验时，载流子寿命可能在数百 ns 量级，意味着泵浦重频不能高于 100 kHz，否则前一个脉冲的激发态还没回到基态、下一个脉冲又打过来，信号被「堆积」掩盖；做 ZnO、TMD 等半导体材料的相干声子动力学时，脉冲间隔甚至要降到 ms 量级（1 kHz）；而做光致发光快谱、薄膜光物理时，又希望尽量高重频（100 kHz）拉高扫描效率。一台主机想要一并支撑这三类实验，必须把重频「连续可选」从 100 kHz 一直降到单脉冲触发——这就是脉冲选单的核心价值。
镱镭飞秒 HELIOS-10W-HE 在主机内集成了完整的选单模块，把重频在 1 Hz – 100 kHz 之间连续可调，且全速率范围内保持稳定的脉宽与光斑——这正是高校超快光谱课题组日常采购时最关心的「一台多用」属性。
二、成功交付：1 mJ 级 Yb 飞秒，进入双一流超快光谱实验台
近期，镱镭飞秒为国内某985高校光电信息方向超快光谱课题组成功交付一台 HELIOS-10W-HE 高功率 Yb 飞秒激光主机。该课题组长期以「OPA 泵浦的瞬态吸收光谱」为核心实验手段，研究半导体材料、钙钛矿、二维异质结构中的超快载流子动力学，对泵浦源的脉冲能量、长时稳定性、光斑模式有近乎苛刻的要求。
1.客户类型：
国内某985高校光电信息方向超快光谱课题组，长期从事 OPA 泵浦的瞬态吸收（TA）实验、半导体与钙钛矿光物理、二维材料超快载流子动力学等方向的研究。本套激光器主要用于驱动客户实验室原有的 Ultrafast Systems OPA 系统，作为后端 TA 泵浦-探测光路与白光超连续光路的统一驱动源。
2.交付内容：
■ HELIOS-10W-HE 高功率 Yb 飞秒激光主机 × 1（1030 ± 10 nm，含脉冲选单模块）；
■ 配套：脉冲选单与高压模块、远程互锁、激光防护与冷却接口；
■ 接口：原生对接 Ultrafast Systems OPA 系统泵浦端，亦可作为白光超连续光路（100 mm 焦距聚焦 + 5 mm YAG）的独立驱动源。
3.覆盖的核心研究方向：
■ OPA 泵浦下游 TA 泵浦-探测实验（UV-Vis-NIR 全波段瞬态吸收）；
■ 半导体材料、钙钛矿薄膜、二维材料异质结的超快载流子动力学；
■ 飞秒白光超连续产生（YAG / Sapphire）及其稳定性诊断（OPA 探测端核心光源）；
■ 光致发光（PL）快谱与时间分辨发光衰减；
■ 后续可扩展：MPC 后压缩（< 50 fs）、DFG 中红外延伸（3-10 µm）、HHG 紫外驱动。
三、为什么选了镱镭飞秒？
在采购前，课题组系统比对了多家国内外 1 mJ 级 Yb 飞秒激光主机方案。最终选择镱镭飞秒，原因有四：
■ 「主机 + 选单」原生集成：1 Hz – 100 kHz 全速率范围内通过同一控制接口连续可调，无需另购外置 EOM 选单器；选单模块由镱镭自主设计，避免了多厂家拼装的接口与时序兼容风险。
■ OPA 泵浦能量充裕：10 kHz 工作点实测 1.13 mJ 单脉冲（设计值 ≥ 1 mJ 达成超额），能量预算足够同时驱动信号光、闲频光与白光超连续光路；100 kHz 工作点 15.7 W 平均功率，满足高重频高速扫描需求。
■ 长时稳定性优异：48 h 连续烤机 0.08 % RMS（11.2 W 平均功率），对 TA 泵浦-探测实验的「信噪比 = 多次平均」逻辑，这是从根本上拉低基线噪声的关键。
■ 光斑接近衍射极限：M²x = 1.089 / M²y = 1.092（10 kHz），远好于规格 M² < 1.3；对下游 OPA 与白光超连续模块的转换效率提升直接、可量化——这是「一台主机决定整条光路上限」的物理事实。
四、「硬指标」
HELIOS-10W-HE
| 项目 | 10 kHz工作点 | 100 kHz工作点 |
| 中心波长 | 1037 nm | 1038.2 nm |
| 脉冲宽度 | 228 fs | 271 fs |
| 单脉冲能量 | 1.13 mJ | 157 µJ |
| 平均功率 | 11.2 W | 15.7 W |
| 功率稳定性 | 0.08 % RMS | 0.08 % RMS |
| 指向稳定性 | 2.56 µrad | 2.56 µrad |
| 光束质量 M² | 1.089 / 1.092 | 1.077 / 1.100 |
| 近场光束直径 | 4.6 mm | 5.2 mm |
| 预脉冲对比度 | > 900 : 1 | > 900 : 1 |
| 偏振方向 | 水平线偏振 | 水平线偏振 |
| 脉冲选单范围 | 1 Hz – 10 kHz 全速率可调（内置） | 1 Hz – 10 kHz 全速率可调（内置） |
| 制冷方式 | 水冷 | 水冷 |
*输出光谱：1037 / 1038.2 nm 中心 · 7.7 – 8.4 nm 带宽（接近变换极限）
在 10 kHz 与 100 kHz 双工作点下分别测得输出光谱（YOKOGAWA AQ6370B 高分辨率光谱仪）。10 kHz 工作点中心波长 1037 nm、光谱半高宽 8.42 nm；100 kHz 工作点中心波长 1038.2 nm、光谱半高宽 7.74 nm。两个工作点的光谱形貌近高斯型、轮廓平滑，无明显模式拍频或边带——这一指标说明主机种子源、放大链路与脉冲选单模块在能量、增益与相位上协同良好，未引入二次模式结构。
按 Δλ × Δt × c / λ² × 0.441（Gaussian 假设）反算傅里叶变换极限：10 kHz 工作点 Δλ = 8.42 nm 对应 TL ≈ 188 fs，实测 228 fs 为 TL 的 1.21 倍；100 kHz 工作点 TL ≈ 205 fs，实测 271 fs 为 TL 的 1.32 倍——两个工作点均接近变换极限，意味着后续若叠加 MPC 后压缩，本主机的能量与光谱足以稳定支撑 sub-50 fs 的输出。
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| HELIOS-10W-HE 输出光谱 · 10 kHz → 中心 1037 nm / 半高宽 8.42 nm · 100 kHz → 中心 1038.2 nm / 半高宽 7.74 nm | |
*两个工作点：1.13 mJ@10 kHz · 15.7 W@100 kHz
HELIOS-10W-HE 在 10 kHz 工作点输出 11.2 W 平均功率、1.13 mJ 单脉冲能量、228 fs 脉宽；切换到 100 kHz 工作点输出 15.7 W 平均功率、157 µJ 单脉冲能量、271 fs 脉宽（脉冲选单同步可调，且全速率范围内中心波长稳定在 1037-1038 nm）。这是一台主机同时覆盖「高能量低重频」与「中能量高重频」两类应用场景的工程实现——前者用于 OPA 泵浦与白光产生，后者用于高重频快速 TA 扫描。
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| HELIOS-10W-HE 自相关脉宽· 10 kHz → 228 fs · 100 kHz → 271 fs | |
*48 h 长时功率稳定性：0.08 % RMS
在 10 kHz 工作点 11.2 W 平均功率下连续 48 小时烤机（前 1 小时热机），功率稳定性 0.08 % RMS（60F-DC-25U 功率计，S/N:224103120）。下图曲线在 48 小时窗口内几乎平直，可见整段无明显热漂移。对 TA 实验「噪声 = √(t/τ)」的统计逻辑而言，0.08 % RMS 意味着每次扫描的基线本身就远低于样品差分信号——可发表数据的获取效率显著提升。
*24 h 指向稳定性：2.56 µrad / RMS = 1.28 µm
在 F = 500 mm 透镜聚焦下连续监测 24 小时，质心位置 RMS = 1.28 µm，对应远场指向稳定性 2.56 µrad。对下游 OPA 而言，泵浦光指向稳定性直接决定了非线性晶体内的有效相位匹配长度——指向漂移 10 µrad 在 50 mm BBO 晶体内即可造成 ~50 µm 的光斑横向移动，足以改变 OPA 的输出能量与光谱形状。2.56 µrad 的水平基本上消除了这类「被动漂移」对下游模块的影响。
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| HELIOS-10W-HE 10 kHz · 48 h 连续烤机功率稳定性· 平均 11.2 W · RMS = 0.08 % | HELIOS-10W-HE 24 h 指向稳定性· F = 500 mm 聚焦 · RMS = 1.28 µm · 2.56 µrad |
*光束质量 M² 接近衍射极限
10 kHz 工作点 M²x = 1.089 / M²y = 1.092（BSQ-SP920 光束质量分析仪 / Ophir BeamSquared）；100 kHz 工作点 M²x = 1.077 / M²y = 1.100。x / y 双向均远低于规格上限 M² < 1.3，这一指标对下游 OPA / 白光超连续模块的耦合效率与光斑均匀性具有决定性影响——M² 每偏离衍射极限 0.1，下游 OPA 转换效率经验上即降低 5-10 %。
五、客户怎么说？
我们课题组的核心实验是 OPA 泵浦的瞬态吸收光谱，长期以来用的是一台进口 1 mJ 级 Yb 飞秒主机驱动 Ultrafast Systems 的 OPA 系统。选择镱镭这次主要的考量有两点：一是脉冲选单能在 1 Hz – 100 kHz 之间连续可调，让我们的钙钛矿样品（载流子寿命数百 ns）和半导体快过程实验可以在同一台主机上无缝切换；二是镱镭把选单模块原生集成在主机里，无需外置 EOM，整体光路简洁、时序稳定。实际拿到数据后，最让我们意外的是稳定性——48 小时烤机 0.08 % RMS，比我们之前那台进口主机还要好一些；M² 接近 1.09 也明显优于规格。对 TA 实验来说，泵浦不稳定直接决定能不能拿到可发表的差分信号，0.08 % RMS 意味着我们之前需要反复多次扫描平均才能获得的信噪比，现在单次扫描即可达到——出数据的效率几乎翻倍。镱镭的售前售后响应也非常到位：100 mm 焦距 + 5 mm YAG 的白光超连续测试方案是我们提出的非标需求，镱镭直接按我们的要求重新出了一份测试用例，并把结果完整反馈给我们；后续我们还计划采购 OPA 与 MPC 模块——希望镱镭能在这条「OPA 泵浦超快光谱」全链路上，逐步替代我们光路里仍在使用的进口模块。
—— 某985高校光电信息方向超快光谱课题组
这次面向985高校超快光谱课题组的成功交付，再次验证了 HELIOS-HE 系列「高能量 + 高重频选单 + 接近衍射极限光斑」三位一体的产品定位。在 OPA 泵浦这一典型科研场景下，主机的每一项关键指标都会被下游光路成倍放大——主机的 0.08 % 功率稳定性，意味着 TA 差分信号的基线噪声直接降低；主机的 M² ≈ 1.09，意味着 OPA 与白光超连续的转换效率获得了实质性提升；主机的 1 Hz – 100 kHz 全速率脉冲选单，意味着课题组可以用一台主机同时支撑钙钛矿、半导体、二维材料三类典型超快实验。我们一直认为，国产高功率 Yb 飞秒主机正在跨过「能用」与「好用」的临界点——HELIOS-10W-HE 这一档已经在长时稳定性、光斑模式、选单弹性上同步达到甚至小幅超越进口同类。下一步，镱镭将继续向「主机 + OPA + MPC + DFG + SHG」全链路标准化产品矩阵推进，让超快光谱课题组在自主可控的国产飞秒平台上完成从光源、变频到压缩的完整闭环。
如果你正在筹建 TA / 泵浦-探测 / 2D-IR / 全波段超快光谱实验台，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。
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