一、飞秒可调谐光源——超快光谱实验台的「颜色引擎」
过去十年，1030 nm 工业 Yb 飞秒激光已经成为超快光谱实验的事实标准——mJ 级单脉冲、亚千分之一长时稳定、二极管直接抽运。但科研一线最常面对的问题不是「功率够不够」，而是「波长能不能覆盖我的样品」。钙钛矿薄膜的带边吸收在 500–800 nm；二维材料 TMD 激子峰在 600–700 nm；半导体量子点在 600–900 nm；有机光伏（OSCs）的电荷转移态在 800–1500 nm；芳香环 π-π* 跃迁的 UV 窗口在 315–450 nm…… Yb 主机固定的 1030 nm 输出，对绝大多数超快光谱实验只是「起点」——真正进入样品光路的，是经过光参量放大（OPA）+ 二倍频（SHG）之后的「目标波长」。

这正是「飞秒可调谐光源系统」的核心工程意义：以一台 mJ 级 Yb 飞秒主机为泵浦源，通过 OPA 参量下转换获得 630–2600 nm 的信号光 + 闲频光双臂，再经过 SHG 二倍频模块将波段进一步延伸至 315–630 nm 紫外-可见——一台设备即可在近紫外、可见、近红外、短波红外四个谱段之间任意切换。对超快光谱课题组而言，这意味着：同一个样品、同一次实验、同一支团队，可以覆盖过去需要多台激光器才能完成的多样品、多谱段研究。

「主机 + OPA + SHG」全链路一体交付，正在成为顶级超快光谱课题组升级实验台的标准配置。

二、成功交付：主机 + OPA + SHG 全链路一体化落地
近期，镱镭飞秒为某双一流高校深圳研究生院超快光谱与新能源材料方向课题组，成功交付了一套完整的飞秒可调谐光源系统 —— HELIOS-20W-HE 高能飞秒主机（编号 YLM240702001）+ AURORA-HE 飞秒 OPA 可调谐光源（编号 YLM250201002，含 SHG 二倍频模块）。该课题组长期从事新能源材料光物理、钙钛矿薄膜、有机光伏、TMD 二维材料超快动力学等方向的研究工作，对驱动源在「能量-脉宽-波长-稳定性」四维度上都提出了极高要求。

1.客户类型：
某985高校研究生院超快光谱与新能源材料方向课题组，长期从事飞秒瞬态吸收（TA）泵浦-探测、钙钛矿薄膜光物理、有机光伏（OSCs）载流子动力学、二维材料 TMD 激子动力学、催化反应中间体飞秒诊断等方向的前沿研究。

2.交付内容：
■ HELIOS-20W-HE 高能飞秒主机：1030 nm Yb 全固态 CPA，含「单发-100 kHz」脉冲选单模块，10 / 50 / 100 kHz 三档主重频，可通过选单降频至 3.3 kHz 用于 OPA 泵浦；
■ AURORA-HE 飞秒 OPA 可调谐光源：信号光 630 – 1030 nm + 闲频光 1030 – 2600 nm，含 SHG 二倍频模块延伸至 315 – 630 nm；
■ 配套：HWP + TFP 分光模块、光高调整、密封光路、光斑指向 + 位置监测模块、宽频激光防护护目镜。
 

3.覆盖的核心研究方向
■ 飞秒瞬态吸收（TA）泵浦-探测：315 nm 深紫外 – 2600 nm 短波红外全波段覆盖；
■ 钙钛矿薄膜与新型光伏材料的载流子生成、复合与传输动力学；
■ 有机光伏（OSCs）激发态弛豫、CT 态形成与电荷分离动力学；
■ 二维材料 TMD（MoS₂、WSe₂ 等）激子-激子相互作用与谷极化动力学；
■ 催化界面中间体的飞秒诊断（含 UV 段 π-π* 跃迁探测）；
■ 后续可扩展：DFG 中红外延伸（3 – 10 µm）、多套 OPA 并行、TA 显微成像。

三、为什么选了镱镭飞秒？

在采购前，课题组系统比对了国内外多家 2 mJ 级 Yb 飞秒主机 + 宽调谐 OPA + SHG 全链路方案。最终选择镱镭飞秒，原因有四：

■ 国内少数同时具备 2 mJ 级 Yb 飞秒主机（HELIOS-20W-HE）+ 宽调谐 OPA（AURORA-HE）+ SHG 二倍频模块 全链路标准化产品线的厂家；一次采购、一家交付，避免多厂拼装的接口与售后死角；
■ 主机三项核心指标明显超规格：24 h 功率稳定性 0.145 % RMS（规格 < 1 %，优 6.9 ×）、指向稳定性 7.87 µrad、M² @ 10 kHz 为 1.060 / 1.170 接近衍射极限；
■ OPA + SHG 转换效率超额：信号光峰值 9.2 %（规格 > 7 %）、闲频光峰值 5.76 %（规格 > 3.5 %）；24 h 长时稳定性 0.66 % RMS（规格 < 2 %，优 3 ×）；含 SHG 模块可将波段延伸至 315 – 630 nm，覆盖 UV 段深紫外实验；
■ 「单发–100 kHz 全速率脉冲选单」原生集成在主机内，无需外置 EOM；OPA 泵浦端可通过 10 kHz 三分频获得 3.3 kHz 高能量注入（1.5 mJ），实现同一主机同时支撑高能 OPA + 高重频 TA 快扫两类工作场景。

四、硬指标
HELIOS-20W-HE 高能飞秒主机
HELIOS-20W-HE 采用 Yb 全固态 CPA 架构（再生放大 + 多通放大 + 单发-100 kHz 脉冲选单），直接二极管抽运，量子亏损约 8 %。出厂报告（编号 YLM240702001）覆盖 3.3 / 10 / 50 / 100 kHz 四档重频，实测参数如下表。3.3 kHz 用于 OPA 高能泵浦（2.16 mJ / 7.2 W），10 kHz 用于 mJ 级快扫（2.16 mJ / 21.6 W），50 / 100 kHz 用于高重频快谱与快样品筛选（432 µJ / 216 µJ / 21.6 W）。四档下 24 h 连续烤机功率稳定性 0.145 % RMS、指向稳定性 7.87 µrad、M² 接近衍射极限、预脉冲对比度 1000 : 1 —— 这些主机端指标是下游 OPA + SHG 全链路输出质量的物理天花板。
 

HELIOS-20W-HE 输出光谱：中心波长 1036 nm · 全谱段稳定
在 10 kHz 主工作点下，HELIOS-20W-HE 输出光谱中心波长 1036.3 nm，谱型接近对称高斯，无明显模式拍频、无边带结构。四档重频（3.3 / 10 / 50 / 100 kHz）下的中心波长稳定在 1036.2 – 1036.7 nm 之间，说明放大链路的种子源、多程放大与选单模块协同良好，未引入二次模式结构。下方光谱图清晰展示了 10 kHz 主工作点的输出光谱形态（YOKOGAWA AQ6370B 高分辨率光谱仪测量）。
 

HELIOS-20W-HE 3.3 kHz 工作点输出光谱	HELIOS-20W-HE 10 kHz 工作点输出光谱
HELIOS-20W-HE 50 kHz 工作点输出光谱	HELIOS-20W-HE 100 kHz 工作点输出光谱

HELIOS-20W-HE 自相关脉宽：230.5 fs @ 10 kHz
10 kHz 主工作点自相关脉宽 230.5 fs（FWHM），50 / 100 kHz 下略微展宽至 255 – 258 fs（Yb 放大链路热平衡在高重频下的典型行为，已属工业级最优表现）。230.5 fs 落在 OPA 泵浦的甜点区间——短到足以在 BBO 中获得高瞬时峰值功率与高增益；长到不会触发非线性损伤。下方自相关图清晰展示了主工作点的脉宽包络（PulseCheck NX S09706 自相关仪测量）。

 

HELIOS-20W-HE 3.3 kHz 工作点自相关脉宽 · 230.5 fs FWHM	HELIOS-20W-HE 10 kHz 工作点自相关脉宽 · 230.5 fs FWHM
HELIOS-20W-HE 50 kHz 工作点自相关脉宽 · 255.3 fs FWHM	HELIOS-20W-HE 100 kHz 工作点自相关脉宽 · 257.8 fs FWHM

HELIOS-20W-HE 24 h 长时功率稳定性：0.145 % RMS
在 10 kHz 主工作点 21.6 W 平均功率下连续 24 小时烤机（前 30 分钟热机），功率稳定性 0.145 % RMS（60F-DC-25U S/N:23101857 功率计）。这一档稳定性优于同档进口 mJ 级 Yb 主机 3 – 5 倍——它意味着后端 OPA 多级放大后噪声不会被明显放大，输出端仍能保持 < 0.7 % RMS 的长时稳定性。下方曲线在 24 小时窗口内几乎平直、整段无可见热漂移，是本套系统作为 TA 泵浦源最重要的工程指标之一。

HELIOS-20W-HE 24 h 指向稳定性：7.87 µrad
在 F = 500 mm 透镜聚焦下连续监测 24 小时，质心 RMS = 3.93 µm，对应远场指向稳定性 7.87 µrad。对下游 OPA 而言，泵浦光指向稳定性直接决定了 BBO 内的有效相位匹配长度——指向漂移在 10 µrad 量级已足以改变 OPA 输出的能量与光谱形状。7.87 µrad 的水平基本消除了这类被动漂移对下游 OPA/SHG 转换效率的影响。下方曲线展示了 24 小时窗口内 X / Y 方向质心位置随时间的演化。
 

HELIOS-20W-HE 10 kHz 工作点 24 h 长时功率稳定性 · 平均 21.6 W · RMS = 0.145 %	HELIOS-20W-HE 24 h 指向稳定性 · F=500 mm 聚焦下质心 RMS = 3.93 µm · 7.87 µrad

AURORA-HE 飞秒 OPA + SHG 二倍频
AURORA-HE 采用「白光种子 + 多级 BBO 参量放大 + SHG 二倍频」架构，由 HELIOS 主机 10 kHz 三分频后的 3.3 kHz / 1.5 mJ 高能脉冲泵浦。出厂报告（编号 YLM250201002）覆盖 Signal + Idler 全谱段调谐、SHG UV 延伸、脉宽与长时稳定性等核心指标。整套 AURORA-HE 实现 315 – 2600 nm 全波段连续可调谐飞秒源，覆盖近乎所有超快光谱实验的目标吸收带。
 

信号光 + 闲频光 全谱段调谐（630 – 2600 nm）
AURORA-HE 实测信号光连续覆盖 630 – 1030 nm，闲频光连续覆盖 1030 – 2600 nm —— 一台 OPA 即可在近紫外、可见、近红外、短波红外四个谱段间连续切换，足以覆盖钙钛矿、半导体、二维材料、有机光伏、催化界面五类典型超快光谱样品的吸收带。下方调谐曲线图清晰展示了两条臂的功率分布：信号光在 660 nm 峰值 460 mW（9.2 % 转换效率）、在 630 – 900 nm 整段稳定输出 380 mW 以上；闲频光在 1100 nm 峰值 288 mW（5.76 % 转换效率）、在 1100 – 1700 nm 整段稳定输出 170 mW 以上。
 

AURORA-HE 信号光 + 闲频光 调谐输出功率曲线 · 3.3 kHz / 1.5 mJ 注入 · Signal 峰值 460 mW @ 660 nm（9.2 %）· Idler 峰值 288 mW @ 1100 nm（5.76 %）

信号光全谱段输出光谱质量
下方光谱合成图展示了 AURORA-HE 信号光在 630 – 1030 nm 范围内每 10 – 20 nm 步进的输出光谱——每一条彩色曲线对应一个调谐工作点。整段轮廓平滑、峰值幅度均匀、相邻波长光谱无明显畸变——这一光谱质量是「每个工作点都能直接对接下游 TA 实验、无需重新对准」的核心前提。光谱形貌的连续可重复性，也是判断一台 OPA 工程化程度的关键指标。

闲频光全谱段输出光谱质量
下方光谱合成图展示了 AURORA-HE 闲频光在 1030 – 2600 nm 范围内每 50 – 100 nm 步进的输出光谱——覆盖近红外（NIR）与短波红外（SWIR）两个关键谱段，可支撑有机光伏 CT 态动力学（1200 – 1500 nm）、半导体带间跃迁（1500 – 2000 nm）、量子点带间吸收（1.2 – 2.5 µm）等实验需求。

 

AURORA-HE 信号光全段连续调谐输出光谱（630 – 1030 nm)	AURORA-HE 闲频光全段连续调谐输出光谱（1030 – 2600 nm）

OPA 750 nm 工作点脉宽：175.3 fs
AURORA-HE 在 750 nm 工作点实测输出脉宽 175.3 fs（FWHM）——落在规格 120 – 250 fs 范围内的最佳区间。相比 230.5 fs 的注入端脉宽，OPA 输出端的脉宽反而更窄——这是 OPA 参量放大过程中「非线性时域压缩」的典型表现，也是保持飞秒时间分辨的关键。下方自相关图展示了 750 nm 主工作点的脉宽包络。

OPA 24 h 长时功率稳定性：0.6623 % RMS
在 750 nm 工作点 398 mW 平均功率下连续监测 24 小时，功率稳定性 0.6623 % RMS（彩煌 10F-MA-19U 功率计）—— 明显优于规格 < 2 % RMS 的 3 倍。对 TA 实验「信噪比 ∝ √(t/τ)」的统计逻辑而言，0.66 % RMS 意味着：原本典型 1 % 量级 OPA 需要 ~ 2.3 次扫描平均才能匹配的信噪比，本系统单次扫描即可达到。下方曲线在 24 小时窗口内几乎平直、整段无明显漂移，是本套 OPA 作为 TA 泵浦源最重要的工程指标。

 

AURORA-HE 750 nm 工作点自相关脉宽 · 175.3 fs FWHM	AURORA-HE 750 nm 工作点 14 h 长时功率稳定性 · 平均 398 mW · RMS = 0.6623 %

五、客户怎么说？
作为长期从事新能源材料光物理与飞秒瞬态吸收研究的课题组，我们对可调谐飞秒光源的要求是「能量-脉宽-波长-稳定性」四维度同时达标。过去我们的实验台上用的是进口 mJ 级 Yb 主机 + 进口 OPA + 独立 SHG 模块的拼装组合——性能确实成熟，但一次采购要与三家厂商对接接口、货期常常拖到 12 个月起步，售后与备件周期也很痛苦。系统比选时我们最看重的是「主机 + OPA + SHG 能否一家厂商全链路交付」，镱镭是国内少数能做到这一点的厂家。实测数据让我们非常意外：主机 24 h 稳定性 0.145 % RMS，明显好于我们上一台进口主机的 0.3 % 水平；OPA 信号光峰值转换效率 9.2 %（规格 7 %）、闲频光 5.76 %（规格 3.5 %），两项都明显超规格；SHG 模块把波段延伸到 315 nm 深紫外——这一档 UV 是我们研究 π-π* 电子跃迁的关键窗口，过去要单独再买一台紫外源。现在一套设备就全覆盖了。

镱镭的应用工程师从销售联络单阶段就开始与我们沟通实验台的具体条件——光高、光斑指向监测、密封光路、宽频护目镜全部按我们的实际需求定制；「单发-100 kHz」脉冲选单模块让我们能在同一台主机上同时做高能 OPA 泵浦（3.3 kHz）和高重频快扫 TA（100 kHz）两类实验。货期比进口方案提前约 6 个月，性价比、交期、可定制性三者兼得。后续我们还计划采购 DFG 模块延伸到中红外，希望镱镭在「主机 + OPA + SHG + DFG」全链路上继续与我们配合。

—— 本项目客户课题组负责人

此次面向985高校研究生院超快光谱课题组的成功交付，是镱镭飞秒「HELIOS + AURORA-HE」平台在「一机多路线」应用场景下的又一标杆案例。从主机 4 档重频（3.3 / 10 / 50 / 100 kHz）+ 单发脉冲选单，到 OPA 的 630 – 2600 nm 全谱段调谐，再到 SHG 二倍频模块延伸至 315 – 630 nm 深紫外——镱镭正在用标准化的产品矩阵，为超快光谱课题组提供从近紫外到短波红外的「颜色引擎」全链路解决方案。从工程角度看，「主机 + OPA + SHG」全链路一家厂商交付的价值远不止于「省事」——更在于关键指标可以在整条链路上系统性优化：主机 0.145 % RMS 的稳定性可以完整透传到 OPA 输出端的 0.66 % RMS，从物理链路上直接压低 TA 差分信号的基线噪声；SHG 模块与 OPA 的偏振与相位匹配可以从工厂端做统一标定，避免第三方 SHG 常见的转换效率损失。我们相信，随着国产高端飞秒平台在稳定性、光斑质量、波段覆盖上的持续追赶，越来越多的超快光谱课题组会在「一次采购、一家交付、全链路自主」这条路径上取得关键优势。

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