成功交付 | 飞秒可调谐光源系统（OPA + SHG）赋能某超快光子学应用系统开发商产业化前沿

2026.07.24

一、飞秒可调谐光源——超快光谱应用系统的「颜色引擎」
在超快光谱、生物光子学、材料光物理、光化学动力学等应用一线，1030 nm Yb 飞秒激光已成为标准的"能量引擎"。但真正决定实验能不能做、样品能不能测的，往往不是"功率够不够"，而是"波长能不能对得上样品的吸收带"——半导体量子点、钙钛矿薄膜、二维材料激子、有机分子 π-π* 跃迁、生物发色团……它们的目标吸收带分布在从 UV 到中红外的整条谱线上。1030 nm Yb 主机对这些应用来说只是"起点"，真正进入样品光路的，是经过光参量放大（OPA）+ 二倍频（SHG）之后可任意切换的"目标波长"。对面向应用创新的技术公司而言，可调谐飞秒光源需要在同一台设备里同时具备五项关键能力：

▪ 光参量放大（OPA）——把 1030 nm 单色泵浦下转换为 Signal + Idler 双臂宽波段输出
▪ 二倍频（SHG）——把 630 – 1030 nm 的 Signal 进一步倍频，向 UV 段（315 – 500 nm）延伸
▪ 波长可调谐——一台设备连续覆盖近紫外、可见、近红外、短波红外四大谱段
▪ 脉冲选单——从单发到 100 kHz 全速率选择，同一主机可同时支撑"高能低重频 OPA 泵浦"与"高重频快扫 TA"两种模式
▪ 超快光谱兼容——飞秒级脉宽 + 亚千分之一长时稳定，确保 TA 差分信号的基线噪声可控

镱镭飞秒的「主机 + OPA + SHG」全链路一体化产品，正是围绕这五项能力做的标准化平台——覆盖 315 – 2962 nm 全谱段，一套设备即可覆盖过去需要多台激光器才能完成的多样品、多波段研究，正在成为超快光谱应用系统开发的标准配置。

二、成功交付：主机 + OPA + SHG 全链路一体化落地
近期，镱镭飞秒为某超快光子学应用系统开发商成功交付了一套完整的飞秒可调谐光源系统——HELIOS-10W-HP 飞秒主机 + AURORA-HP 飞秒 OPA（含 AU/SHG 二倍频模块）。该公司长期从事超快光谱应用系统与光电检测方向的产品化开发，需要在同一台驱动源上同时满足"高能量-短脉宽-宽波段-高稳定"四维度的工程要求，用于其下游客户面向新材料、光化学、生物荧光成像等场景的定制化仪器方案。

1.客户类型
该公司聚焦飞秒可调谐光源在超快光谱、瞬态吸收、光化学、生物光子学、材料光物理等应用场景的产品化与工程化开发，产品线覆盖科研级与工业级应用系统。

2.交付内容
■ HELIOS-10W-HP 飞秒主机：1030 nm Yb 全固态 CPA，含「单发-100 kHz」脉冲选单模块，25 / 50 / 100 kHz 多重频，可通过选单降频至 25 kHz 用于 OPA 高能泵浦（400 μJ）
■ AURORA-HP 飞秒 OPA 可调谐光源：信号光 630 – 1030 nm + 闲频光 1048 – 2962 nm
■ AU/SHG 二倍频模块：将 OPA 信号光进一步延伸至 315 – 630 nm，覆盖近紫外–可见
■ 配套：光斑指向 + 位置监测模块、密封光路、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 – 2962 nm 短波红外全波段覆盖
■ 材料光物理与光化学动力学：钙钛矿薄膜、有机光伏（OSCs）、光催化中间体、二维材料激子动力学
■ 生物光子学：光敏蛋白激发-弛豫动力学、荧光光谱、双光子/多光子显微
■ 超快检测仪器工程化：面向下游高校、企业客户的 TA / TCSPC / 泵浦-探测一体化仪器方案
■ 后续可扩展：DFG 中红外延伸（3 – 10 µm）、多路 OPA 并行、TA 显微成像等定制化拓展

三、为什么选了镱镭飞秒？
作为面向应用创新的技术公司，客户在系统采购前对国内外多家 mJ 级 Yb 飞秒主机 + 宽调谐 OPA + SHG 全链路方案做了系统比选。最终选择镱镭飞秒，主要原因有以下四点：

■ 「主机 + OPA + SHG」全链路一家厂商标准化交付——一次采购、一家对接、一家售后，避免多厂拼装带来的接口、售后与备件死角，对追求量产化与工程化的技术公司尤其重要
■ 主机核心指标显著超规格：24 h 功率稳定性 0.034 % RMS（规格 < 1 %，优 29 倍）、指向稳定性 3.14 μrad、M² ≈ 1.09 接近衍射极限、预脉冲对比度 > 1000 : 1
■ OPA + SHG 转换效率超额：信号光峰值 11.1 %（规格 > 7 %，超额 58 %）、闲频光峰值 6.1 %（规格 > 3.5 %，超额 74 %）；24 h 长时稳定性 1.0 % RMS；AU/SHG 模块把波段延伸到 315 nm 深紫外
■ 「单发–100 kHz 全速率脉冲选单」原生集成在主机内，无需外置 EOM 或 AOM；同一台主机既可跑 25 kHz 高能 OPA 泵浦（400 μJ），也可切换到 100 kHz 高重频快扫 TA，支撑不同下游应用场景的灵活组合

四、【硬指标】
HELIOS-10W-HP 飞秒主机
HELIOS-10W-HP 采用 Yb 全固态 CPA 架构（再生放大 + 单发-100 kHz 脉冲选单），直接二极管抽运。出厂报告覆盖 50 / 100 kHz 双档验证，25 kHz 用于 OPA 高能泵浦。50 kHz 下 24 h 连续烤机功率稳定性 0.034 % RMS、指向稳定性 3.14 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。

项目	50 kHz	100 kHz
中心波长	1039.2 nm	1039.2 nm
脉冲宽度	224 fs	234 fs
单脉冲能量	468 μJ	237 μJ
平均功率	23.4 W	23.7 W
24 h 功率稳定性	0.034 % RMS	0.034 % RMS
24 h 指向稳定性	3.14 μrad	3.14 μrad
光束质量 M² x / y	1.087 / 1.085	1.100 / 1.100
近场光束直径	4.78 mm	4.91 mm
预脉冲对比度	＞ 1000 : 1	＞ 1000 : 1
偏振方向	水平线偏振	水平线偏振
光高 / 制冷方式	72 mm / 水冷	72 mm / 水冷

注：功率稳定性与指向稳定性数据在 50 kHz 参数组、连续 24 h 烤机条件下测得（前 30 分钟热机）；M² 与近场光斑直径为出厂端各档独立测得。

*HELIOS-10W-HP 输出光谱：中心波长 1039 nm · 谱形稳定对称
50 / 100 kHz 双档下 HELIOS-10W-HP 输出光谱中心波长稳定在 1039.2 nm，-3 dB 谱宽约 8.6 nm，谱型接近对称高斯，无边带结构、无模式拍频——说明再生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双档主工作点的输出光谱形态（YOKOGAWA AQ6370B 高分辨率光谱仪测量）。

*HELIOS-10W-HP 自相关脉宽：224 fs @ 50 kHz
50 kHz 工作点自相关脉宽 224 fs（Gauss FWHM，R² = 1.000），100 kHz 下略微展宽至 234 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。224 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双档工作点的脉宽包络（PulseCheck NX S09706 自相关仪测量）。


图 1 ｜HELIOS-10W-HP 50kHz 工作点输出光谱 · λc = 1039.2 nm · Δλ ≈ 8.6 nm（YOKOGAWA AQ6370B）	图 2 ｜HELIOS-10W-HP 100kHz 工作点输出光谱 · λc = 1039.2 nm · Δλ ≈ 8.6 nm（YOKOGAWA AQ6370B）

图 3 ｜HELIOS-10W-HP 50kHz 工作点自相关脉宽 · 224 fs FWHM（PulseCheck NX S09706 自相关仪）	图 4 ｜HELIOS-10W-HP 100kHz 工作点自相关脉宽 · 234 fs FWHM（PulseCheck NX S09706 自相关仪）

*主机 24 h 长时功率稳定性：0.03 % RMS
在 1 MHz 工作点 44.62 W 平均功率下连续 24 小时烤机（前 1 小时热机），功率稳定性 0.03 % RMS（PM USB PM150-50C 功率计）——这是 40 W 级 Yb 飞秒平台中的顶级指标，比同档进口标杆通常好一个量级。0.03 % RMS 的稳定性透传到 MPC 输出端仍能保持 < 0.1 % RMS，为下游 HHG 长时扫描实验提供了「基线噪声可忽略」的工程基础。下方曲线在 24 小时窗口内几乎平直、整段无可见热漂移。

*HELIOS-10W-HP 24 h 指向稳定性：3.14 μrad
在 F = 500 mm 透镜聚焦下连续监测 24 小时，质心 RMS = 1.57 μm，对应远场指向稳定性 3.14 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。3.14 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（WinCamD-LCM 光斑分析仪测量）。


图 5 ｜HELIOS-10W-HP 50 kHz 工作点 24 h 长时功率稳定性 · 平均 23.4 W · RMS = 0.034 %（60F-DC-25U 功率计）	图 6 ｜HELIOS-10W-HP 24 h 指向稳定性 · F = 500 mm 聚焦下 X/Y 质心 RMS = 1.57 μm · 3.14 μrad（WinCamD-LCM 光斑分析仪）

AURORA-HP飞秒 OPA + AU/SHG 二倍频
AURORA-HP 采用「白光种子 + 多级 BBO 参量放大 + AU/SHG 二倍频」架构，由 HELIOS 主机 25 kHz 下的 300 μJ / 7.5 W 泵浦。出厂报告覆盖 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-HP 实现 315 – 2962 nm 全波段连续可调谐飞秒源——覆盖近乎所有超快光谱应用系统所需的目标吸收带。

项目	实测值	规格 / 备注
驱动激光器	HELIOS-10W-HP @ 25 kHz / 300 μJ / 7.5 W	同一主机分光泵浦
信号光调谐范围	630 – 1030 nm 连续	规格 630 – 1030 nm ✓
闲频光调谐范围	1048 – 2962 nm 连续	规格 1030 – 2600 nm ✓（超额延伸）
SHG UV 延伸范围	315 – 630 nm 连续	AU/SHG 模块，峰值转换效率 > 2 %
信号光峰值转换效率	11.1 % @ 820 nm	规格 > 7 %（超额 58 %）
信号光峰值功率	835 mW @ 820 nm	对应单脉冲 33.4 μJ / 25 kHz
闲频光峰值转换效率	6.1 % @ 1312 nm	规格 > 3.5 %（超额 74 %）
闲频光峰值功率	460 mW @ 1312 nm	对应单脉冲 18.4 μJ / 25 kHz
输出功率稳定性	1.0 % RMS @ 750 nm / 24 h	规格 < 2 % RMS（优 2 ×）
输出偏振	Signal 竖直 / Idler 水平	Signal 竖直 / Idler 水平
制冷方式	水冷	水冷

*OPA 输出调谐光谱（Signal）
下方光谱合成图展示了 AURORA-HP 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，也是判断一台 OPA 工程化程度的关键指标（如海 XS11639 光谱仪测量）。

*OPA 输出调谐光谱（Idler）
下方光谱合成图展示了 AURORA-HP 闲频光在 1048 – 2962 nm 范围内步进扫描的输出光谱——覆盖近红外（NIR）与短波红外（SWIR）两个关键谱段，可支撑有机分子振动带（1200 – 1700 nm）、半导体带间跃迁（1500 – 2500 nm）、生物组织三窗口（2000 – 2500 nm）等应用需求（复享 NIR25S 光谱仪测量）。


图 7 ｜AURORA-HP OPA 输出调谐光谱（Signal） · 630 – 1030 nm 步进扫描（如海 XS11639 光谱仪）	图 8 ｜AURORA-HP OPA 输出调谐光谱（Idler） · 1048 – 2962 nm 步进扫描（复享 NIR25S 光谱仪）

*OPA 输出调谐功率曲线（Signal + Idler）
AURORA-HP 实测信号光连续覆盖 630 – 1030 nm，闲频光连续覆盖 1048 – 2962 nm——一台 OPA 即可在可见、近红外、短波红外三个谱段间连续切换，配合 AU/SHG 模块延伸至 315 nm 深紫外，全谱段覆盖钙钛矿、半导体、二维材料、有机分子、生物发色团五类典型样品的吸收带。下方调谐曲线图清晰展示了两条臂的功率分布：信号光在 820 nm 峰值 835 mW（转换效率 11.1 %）、在 700 – 900 nm 整段稳定输出 540 mW 以上；闲频光在 1312 nm 峰值 460 mW（转换效率 6.1 %）、在 1100 – 1500 nm 整段稳定输出 400 mW 以上。


图 9 ｜AURORA-HP OPA 输出调谐功率曲线 · 25 kHz / 300 μJ 注入 · Signal 峰值 835 mW @ 820 nm（11.1 %）· Idler 峰值 460 mW @ 1312 nm（6.1 %）

五、客户怎么说？
作为一家聚焦飞秒可调谐光源应用系统的技术公司，我们对上游光源的要求是"能量-脉宽-波长-稳定性"四维度同时达标，同时更看重批量交付一致性、长期维护便利性、以及后续联合定制的可能性。系统比选时我们最看重两点：一是"主机 + OPA + SHG"能否由同一家厂商全链路交付；二是核心指标能否满足我们下游客户对 TA / 光化学动力学 / 生物光谱等场景的差异化要求。镱镭是国内少数在这两点上都能同时满足的厂家。实测数据让我们非常满意：主机 24 h 稳定性 0.034 % RMS，显著优于我们过去接触过的同档进口主机 5 – 10 倍；OPA 信号光峰值转换效率 11.1 %（规格 7 %）、闲频光 6.1 %（规格 3.5 %），两项都明显超规格；AU/SHG 模块把波段延伸到 315 nm 深紫外——这一档 UV 是我们下游生物光谱与光化学客户高频要求的关键窗口，过去要单独再配一台 UV 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深度介入我们的产品定义——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集成方案定制；"单发-100 kHz"脉冲选单模块让我们能在同一套系统上同时支撑高能 OPA 泵浦（25 kHz）与高重频快扫应用（100 kHz）两类下游场景。国产化的性价比、可控的交期、开放的可定制性——是我们把镱镭作为长期合作伙伴的三个决定性理由。后续我们还计划采购 DFG 中红外模块和多路 OPA 并行方案，希望在"主机 + OPA + SHG + DFG"全链路上继续与镱镭深度绑定。

—— 技术负责人

此次面向某超快光子学应用系统开发商的成功交付，是镱镭飞秒「HELIOS + AURORA-HP」平台从"科研级仪器"迈向"产业级应用系统上游光源"的又一标杆案例。从主机双档重频（50 / 100 kHz）+ 单发-100 kHz 脉冲选单，到 OPA 的 630 – 2962 nm 全谱段调谐，再到 AU/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，为面向超快光谱、材料光物理、光化学动力学、生物光子学等应用方向的技术公司，提供从近紫外到中红外的「颜色引擎」全链路解决方案。从工程角度看，"主机 + OPA + SHG"全链路由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 0.034 % RMS 的功率稳定性可以完整透传到 OPA 输出端的 1.0 % RMS，从物理链路上直接压低 TA 差分信号的基线噪声；AU/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 常见的效率损失。我们相信，随着高端飞秒平台在稳定性、光斑质量、波段覆盖上的持续追赶，越来越多的应用创新公司会在"一次采购、一家交付、全链路自主"这条路径上找到关键的产品化优势。

如果您正在筹建飞秒可调谐 TA / 泵浦-探测 / 光化学动力学 / 生物光谱 / 超快检测仪器应用平台，欢迎在后台留言，镱镭应用工程师将为您提供 1 对 1 选型与光路设计支持。

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