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成功交付 | MPC 飞秒脉冲压缩系统赋能国内顶级光学研究所前沿科研
2026.06.22
一、从 200 fs 到 40 fs ——「少周期飞秒脉冲」的下一个十年
如果说过去十年工业 Yb 飞秒激光的主题是「高功率 + 高稳定」——把单脉冲推到 mJ 级、把功率稳定性压到亚千分之一——那么下一个十年的主题，一定是「更短 + 更亮」：在保留 Yb 激光高稳定、高功率、低噪声优势的前提下，把脉宽从 200~300 fs 量级推进到 < 50 fs 量级，把峰值功率推到 10 GW、100 GW、乃至 TW 量级。
为什么？因为下一代超快前沿——强场电离、阿秒脉冲产生、高次谐波（HHG）、固体高谐波（sHHG）、阿秒条纹相机、超快电子衍射——几乎都对驱动脉冲的两个指标提出了「门槛级」要求：脉宽 < 50 fs（接近少周期）、峰值功率 > 10 GW。可惜 Yb 介质的增益带宽仅 5–10 THz，直接出光只能做到 200–250 fs；想要更短，必须依赖外置后压缩技术。
目前可行的工业级后压缩方案中，多通池（Multi-Pass Cell, MPC）已成为业内一致认可的「最佳答案」——它用一只充惰性气体的反射式谐振腔，把飞秒脉冲在几十次往返中累积自相位调制（SPM），将光谱拓宽到原来的 5~10 倍；再配合啁啾镜组做反常色散补偿，把展宽后的脉冲压缩到接近变换极限。整个过程：低损耗、高功率承载、几乎不引入新噪声、保持高斯模式输出——这正是科研客户最缺的「最后一公里」。
二、成功交付：2 mJ Yb 主机 + 多通池压缩，5 倍压缩到 40 fs
近期，镱镭飞秒为国内某顶级光学研究所超快激光物理课题组成功交付了一套完整的「HELIOS-20W-HE 高能飞秒主机 + HYPERION-G-HE 多通池非线性脉冲压缩器」组合系统。该课题组在强场激光物理、阿秒科学方向有深厚积累，对驱动脉冲的「能量 × 脉宽 × 峰值功率」三维空间提出了近乎极致的要求。这套系统的核心目标是将工业 Yb 飞秒激光从 200 fs 量级推进到 40 fs 量级，为下游强场物理与阿秒科学实验提供高峰值功率的少周期飞秒种子。
1.客户类型：
国内某顶级光学研究所超快激光物理课题组，长期从事强场激光物理、高次谐波产生（HHG）、阿秒脉冲产生与诊断、少周期飞秒激光技术等方向的研究工作。
2.交付内容：
■ HELIOS-20W-HE：1030 nm Yb 高能飞秒主机，单脉冲 2.15 mJ @ 10 kHz、平均功率 21.5 W、重频 10 / 50 / 100 kHz 全速率覆盖；
■ HYPERION-G-HE：Herriott 型多通池非线性脉冲压缩器，注入 ≤ 2 mJ @ 10 kHz、输出 40.4 fs / 1.89 mJ、总传输效率 95.97 %；
■ 配套：啁啾镜组（GDD 补偿）、近场+远场光斑监视模块、出口连续衰减、激光防护与互锁、一体化工控控制平台。
3.覆盖的核心研究方向：
■ 少周期飞秒脉冲产生：作为客户原有强场物理实验台的少周期种子源；
■ 高次谐波产生（HHG）与极紫外（EUV）/ 软 X 射线相干光源：< 50 fs 驱动是 HHG 截止能量与转换效率同步提升的物理基石；
■ 阿秒脉冲产生与诊断：sub-50 fs / mJ 级飞秒源是阿秒条纹相机与阿秒瞬态吸收的标配；
■ 固体强场实验（sHHG / 时间分辨 ARPES）、超快电子衍射、强场中性原子操控等前沿应用。
三、为什么选了镱镭飞秒？
在采购前，客户课题组系统比对了国内外多家 2 mJ 级 Yb 飞秒主机与 MPC 后压缩组合方案。最终选择镱镭飞秒，原因有四：
■ 国内唯一同时具备 2 mJ 级 Yb 飞秒主机（HELIOS-20W-HE）与 mJ 级 MPC 多通池压缩器（HYPERION-G-HE）标准化产品线的厂家，无需多厂拼装、接口风险归零；
■ 性能贴近进口标杆：主机实测 2.15 mJ / 226.6 fs / 0.035 % RMS@24 h（接近衍射极限 M² ≈ 1.12）+ MPC 实测 95.97 % 传输效率 / 40.4 fs / 椭圆度 99 % —— 这一档组合在国际范围内属第一梯队；
■ 货期比欧洲方案快约 6 个月，且无进出口许可风险，对国家重大项目的「时间线锁定」具有决定性意义；
■ 现场定制化能力：MPC 气压、啁啾镜补偿曲线、出口衰减、监视位置均按客户实验需求逐项重新标定；HELIOS 主机的光高 224 mm 与客户原有光路完全适配，到货即可联调出光。
四、两张"硬指标"
HELIOS-20W-HE 主机
HYPERION-G-HE
HYPERION-G-HE 采用 Herriott 型反射式多通池架构，腔内填充氩气作为非线性介质。注入端实测 1.976 mJ / 201.4 fs / 19.76 W @ 10 kHz；出口端实测1.89 mJ / 40.4 fs / 18.964 W @ 10 kHz，总传输效率 95.97 %、压缩比 5.0 倍。光谱在 SPM 作用下展宽到 -10 dB 带宽 79 nm，足以支持 ~30 fs 量级的傅里叶变换极限脉宽。出口 0.5 m 处实测光斑直径 7.657 mm、椭圆度 99 %——近乎完美的圆形高斯模式，下游 HHG / 强场实验链路可直接对接，无需额外光斑整形。
按 P_peak ≈ E / Δt 估算，本次压缩后的峰值功率：1.89 mJ ÷ 40.4 fs ≈ 46.8 GW——相对于注入端 201.4 fs / 1.976 mJ ≈ 9.8 GW，峰值功率被放大了约 4.8 倍。这是「同一脉冲、同一能量预算」下从 Yb 飞秒主机直接出光、几乎不损失任何能量的「无成本峰值增益」。
五、客户怎么说？
作为长期从事强场激光物理与阿秒科学研究的课题组，我们对 1030 nm Yb 飞秒主机的「能量 × 脉宽 × 峰值功率」三维空间有近乎极致的要求。过去想做亚 50 fs 量级的 HHG 驱动或阿秒前驱实验，几乎只能依赖进口钛宝石主机——但功率和重频都掉一个数量级，工程上极不友好。这次镱镭交付的 HELIOS-20W-HE + HYPERION-G-HE 组合，让我们第一次在 Yb 平台上同时拿到 mJ 级单脉冲能量与 sub-50 fs 脉宽，这一组合过去用国内方案是做不到的。实际测得的数据让我们非常意外：MPC 把 201 fs 压到 40.4 fs，5× 压缩比、95.97 % 传输效率，单脉冲能量几乎一分不丢；峰值功率从 9.8 GW 跃升到 46.8 GW——这是「同一脉冲能量预算下的免费增益」，对 HHG 实验来说意义太大。出口光斑椭圆度 99 %，这是我们对接下游强场光路最看重的指标之一，过去用气体非线性方案普遍要二次整形，而这套系统直接接入即可使用。镱镭的工程响应也非常到位：MPC 气压、啁啾镜补偿曲线、出口衰减档位、远场监视位置全部按我们实验需求逐项重新标定；HELIOS 主机的光高 224 mm 与我们原有光路完美适配，安装到联调只用了几天时间。性价比、交期、定制化、平台扩展性四者兼得，我们对镱镭在 2 mJ 级 Yb 飞秒平台上的能力，信心明显更足了——后续我们还计划采购更多模块。
如果你正在筹建强场激光 / HHG / 阿秒前驱 / 少周期飞秒 / sHHG / 超快电子衍射实验台，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。
如果说过去十年工业 Yb 飞秒激光的主题是「高功率 + 高稳定」——把单脉冲推到 mJ 级、把功率稳定性压到亚千分之一——那么下一个十年的主题，一定是「更短 + 更亮」：在保留 Yb 激光高稳定、高功率、低噪声优势的前提下，把脉宽从 200~300 fs 量级推进到 < 50 fs 量级，把峰值功率推到 10 GW、100 GW、乃至 TW 量级。
为什么？因为下一代超快前沿——强场电离、阿秒脉冲产生、高次谐波（HHG）、固体高谐波（sHHG）、阿秒条纹相机、超快电子衍射——几乎都对驱动脉冲的两个指标提出了「门槛级」要求：脉宽 < 50 fs（接近少周期）、峰值功率 > 10 GW。可惜 Yb 介质的增益带宽仅 5–10 THz，直接出光只能做到 200–250 fs；想要更短，必须依赖外置后压缩技术。
目前可行的工业级后压缩方案中，多通池（Multi-Pass Cell, MPC）已成为业内一致认可的「最佳答案」——它用一只充惰性气体的反射式谐振腔，把飞秒脉冲在几十次往返中累积自相位调制（SPM），将光谱拓宽到原来的 5~10 倍；再配合啁啾镜组做反常色散补偿，把展宽后的脉冲压缩到接近变换极限。整个过程：低损耗、高功率承载、几乎不引入新噪声、保持高斯模式输出——这正是科研客户最缺的「最后一公里」。
二、成功交付：2 mJ Yb 主机 + 多通池压缩，5 倍压缩到 40 fs
近期，镱镭飞秒为国内某顶级光学研究所超快激光物理课题组成功交付了一套完整的「HELIOS-20W-HE 高能飞秒主机 + HYPERION-G-HE 多通池非线性脉冲压缩器」组合系统。该课题组在强场激光物理、阿秒科学方向有深厚积累，对驱动脉冲的「能量 × 脉宽 × 峰值功率」三维空间提出了近乎极致的要求。这套系统的核心目标是将工业 Yb 飞秒激光从 200 fs 量级推进到 40 fs 量级，为下游强场物理与阿秒科学实验提供高峰值功率的少周期飞秒种子。
1.客户类型：
国内某顶级光学研究所超快激光物理课题组，长期从事强场激光物理、高次谐波产生（HHG）、阿秒脉冲产生与诊断、少周期飞秒激光技术等方向的研究工作。
2.交付内容：
■ HELIOS-20W-HE：1030 nm Yb 高能飞秒主机，单脉冲 2.15 mJ @ 10 kHz、平均功率 21.5 W、重频 10 / 50 / 100 kHz 全速率覆盖；
■ HYPERION-G-HE：Herriott 型多通池非线性脉冲压缩器，注入 ≤ 2 mJ @ 10 kHz、输出 40.4 fs / 1.89 mJ、总传输效率 95.97 %；
■ 配套：啁啾镜组（GDD 补偿）、近场+远场光斑监视模块、出口连续衰减、激光防护与互锁、一体化工控控制平台。
3.覆盖的核心研究方向：
■ 少周期飞秒脉冲产生：作为客户原有强场物理实验台的少周期种子源；
■ 高次谐波产生（HHG）与极紫外（EUV）/ 软 X 射线相干光源：< 50 fs 驱动是 HHG 截止能量与转换效率同步提升的物理基石；
■ 阿秒脉冲产生与诊断：sub-50 fs / mJ 级飞秒源是阿秒条纹相机与阿秒瞬态吸收的标配；
■ 固体强场实验（sHHG / 时间分辨 ARPES）、超快电子衍射、强场中性原子操控等前沿应用。
三、为什么选了镱镭飞秒？
在采购前，客户课题组系统比对了国内外多家 2 mJ 级 Yb 飞秒主机与 MPC 后压缩组合方案。最终选择镱镭飞秒，原因有四：
■ 国内唯一同时具备 2 mJ 级 Yb 飞秒主机（HELIOS-20W-HE）与 mJ 级 MPC 多通池压缩器（HYPERION-G-HE）标准化产品线的厂家，无需多厂拼装、接口风险归零；
■ 性能贴近进口标杆：主机实测 2.15 mJ / 226.6 fs / 0.035 % RMS@24 h（接近衍射极限 M² ≈ 1.12）+ MPC 实测 95.97 % 传输效率 / 40.4 fs / 椭圆度 99 % —— 这一档组合在国际范围内属第一梯队；
■ 货期比欧洲方案快约 6 个月，且无进出口许可风险，对国家重大项目的「时间线锁定」具有决定性意义；
■ 现场定制化能力：MPC 气压、啁啾镜补偿曲线、出口衰减、监视位置均按客户实验需求逐项重新标定；HELIOS 主机的光高 224 mm 与客户原有光路完全适配，到货即可联调出光。
四、两张"硬指标"
HELIOS-20W-HE 主机
| 项目 | 10 kHz | 50 kHz | 100 kHz |
| 中心波长 | 1039.3 nm | 1039.0 nm | 1039.0 nm |
| 脉冲宽度 | 226.6 fs | 258.6 fs | 262.8 fs |
| 单脉冲能量 | 2.15 mJ | 438 µJ | 218 µJ |
| 平均功率 | 21.5 W | 21.9 W | 21.8 W |
| 功率稳定性 | 0.035% RMS@24h | 0.035% RMS@24h | 0.035% RMS@24h |
| 指向稳定性 | 10.2 µrad @24h | 10.2 µrad @24h | 10.2 µrad @24h |
| M² (x / y) | 1.112 / 1.134 | 1.119 / 1.125 | 1.117 / 1.120 |
| 光束直径 | 5.0 mm | 5.2 mm | 5.3 mm |
| 预脉冲对比 | 1000 : 1 | 1000 : 1 | 1000 : 1 |
| 偏振 | 竖直线偏光 | 竖直线偏光 | 竖直线偏光 |
 |
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| HELIOS-20W-HE 出厂光谱（10kHz） | HELIOS-20W-HE 自相关脉宽 226.6fs - 10kHz |
 |
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| HELIOS-20W-HE 出厂光谱（50kHz） | HELIOS-20W-HE 自相关脉宽 258.6fs - 50kHz |
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| HELIOS-20W-HE 出厂光谱（100kHz） | HELIOS-20W-HE 自相关脉宽 262.8fs - 100kHz |
 |
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| HELIOS-20W-HE 24 h 功率稳定性 RMS = 0.035 % | HELIOS-20W-HE 24 h 烤机指向稳定性10.2 μrad |
HYPERION-G-HE
HYPERION-G-HE 采用 Herriott 型反射式多通池架构，腔内填充氩气作为非线性介质。注入端实测 1.976 mJ / 201.4 fs / 19.76 W @ 10 kHz；出口端实测1.89 mJ / 40.4 fs / 18.964 W @ 10 kHz，总传输效率 95.97 %、压缩比 5.0 倍。光谱在 SPM 作用下展宽到 -10 dB 带宽 79 nm，足以支持 ~30 fs 量级的傅里叶变换极限脉宽。出口 0.5 m 处实测光斑直径 7.657 mm、椭圆度 99 %——近乎完美的圆形高斯模式，下游 HHG / 强场实验链路可直接对接，无需额外光斑整形。
按 P_peak ≈ E / Δt 估算，本次压缩后的峰值功率：1.89 mJ ÷ 40.4 fs ≈ 46.8 GW——相对于注入端 201.4 fs / 1.976 mJ ≈ 9.8 GW，峰值功率被放大了约 4.8 倍。这是「同一脉冲、同一能量预算」下从 Yb 飞秒主机直接出光、几乎不损失任何能量的「无成本峰值增益」。
| 项目 | 实测值 | 条件 / 备注 |
| 输入脉宽 | 201.4 fs | HELIOS-20W-HE @ 12.08 mm 色散位置 |
| 输出脉宽 | 40.4 fs | PulseCheck-S11030 · Sech² · R²=0.952 |
| 压缩比 | 5.0 × | 目标 ≥ 5× |
| 输入功率 | 19.76 W | @ 10 kHz |
| 单脉冲能量 | 1.976 mJ | @ 10 kHz |
| 输出功率 | 18.964 W | @ 10 kHz |
| 单脉冲能量 | 1.89 mJ | @ 10 kHz |
| 总传输效率 | 95.97 % | 目标 > 90 % |
| 输出光谱 -10 dB 带宽 | 79 nm | 5×+ SPM 展宽（瑆创 L/300-1100） |
| 峰值功率（估算） | ≈ 46.8 GW | E / Δt · 注入端约 9.8 GW · 增益 ≈ 4.8 × |
| 24h 功率稳定性 | 0.2554 % RMS | F=450 mm · RMS=5.06 µm |
| 24h 指向稳定性 | 11.26 µrad | MPC 出口 0.5 m · 椭圆度 99 % |
| 输出光束直径 | 7.657 mm | MPC 出口 0.5 m · 椭圆度 99 % |
| 出口 1.5 m 光束直径 | 7.816 mm | 椭圆度 95 % · 发散角 0.159 mrad |
| 偏振 | 竖直线偏振 | 竖直线偏振 |
| 制冷方式 | 水冷 | 水冷 |
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| MPC 输出 –10 dB 光谱示意 · 实测带宽为 79 nm | MPC 输出脉宽 40.4 fs |
 |
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| MPC 24h 长时功率稳定性 · 平均 18.964 W · RMS = 0.2554 % | MPC 24h 指向稳定性 · 11.26 µrad · F=450 mm · RMS=5.06 µm |
五、客户怎么说？
作为长期从事强场激光物理与阿秒科学研究的课题组，我们对 1030 nm Yb 飞秒主机的「能量 × 脉宽 × 峰值功率」三维空间有近乎极致的要求。过去想做亚 50 fs 量级的 HHG 驱动或阿秒前驱实验，几乎只能依赖进口钛宝石主机——但功率和重频都掉一个数量级，工程上极不友好。这次镱镭交付的 HELIOS-20W-HE + HYPERION-G-HE 组合，让我们第一次在 Yb 平台上同时拿到 mJ 级单脉冲能量与 sub-50 fs 脉宽，这一组合过去用国内方案是做不到的。实际测得的数据让我们非常意外：MPC 把 201 fs 压到 40.4 fs，5× 压缩比、95.97 % 传输效率，单脉冲能量几乎一分不丢；峰值功率从 9.8 GW 跃升到 46.8 GW——这是「同一脉冲能量预算下的免费增益」，对 HHG 实验来说意义太大。出口光斑椭圆度 99 %，这是我们对接下游强场光路最看重的指标之一，过去用气体非线性方案普遍要二次整形，而这套系统直接接入即可使用。镱镭的工程响应也非常到位：MPC 气压、啁啾镜补偿曲线、出口衰减档位、远场监视位置全部按我们实验需求逐项重新标定；HELIOS 主机的光高 224 mm 与我们原有光路完美适配，安装到联调只用了几天时间。性价比、交期、定制化、平台扩展性四者兼得，我们对镱镭在 2 mJ 级 Yb 飞秒平台上的能力，信心明显更足了——后续我们还计划采购更多模块。
—— 项目客户课题组负责人
此次面向国内顶级光学研究所的成功交付，是镱镭飞秒「HELIOS + HYPERION-G-HE」MPC 后压缩组合在「2 mJ 级 / 10 kHz / sub-50 fs」工程应用场景下的标杆案例。从主机 24 h 功率稳定性 0.035 % RMS、到 MPC 95.97 % 传输效率与 99 % 椭圆度，每一项关键指标都说明：国产高功率 Yb 飞秒激光 + 国产 MPC 后压缩的全链路组合，已经能在 2 mJ 级、亚 50 fs、近完美光斑模式下稳定输出——这是过去几年只有少数顶级进口方案才能做到的指标组合。我们一直认为，工业 Yb 飞秒激光不应止步于 200 fs，MPC 也不应只是「锦上添花」的选配——它们应该共同构成下一代少周期飞秒源的标准基础设施。这次 5× 压缩、46.8 GW 峰值功率的工程化落地，正是这一判断的可量化注脚。镱镭飞秒相信：随着国产 MPC 与啁啾镜组的成熟，「2 mJ Yb 主机 + 多通池后压缩」全链路组合，将从顶级研究所的定制方案，演变成更多课题组可以企及的标准产品。如果你正在筹建强场激光 / HHG / 阿秒前驱 / 少周期飞秒 / sHHG / 超快电子衍射实验台，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。