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成功交付 | 315 - 2600nm 全波段覆盖+ 37.9fs 极速脉宽，四台设备一体化飞秒光源系统落地
2026.10.15
一、应用价值：超快光谱为什么需要"可调谐 + 更短"
超快光谱研究的是物质受光激发后在飞秒-皮秒尺度上的演化：载流子如何产生与冷却、激子如何形成与解离、电荷如何跨越界面转移、相变如何在晶格中成核。这类实验的共同范式是泵浦-探测——用一束飞秒脉冲激发样品，再用另一束延迟可调的脉冲读出变化。
实验能不能做成，往往卡在两件事上。第一是波长：泵浦光子能量必须落在样品的吸收带上，不同材料体系的带隙从紫外一直分布到短波红外；而 1 μm 波段的 Yb 飞秒激光器只给出一个固定波长。第二是脉宽：时间分辨率由泵浦与探测脉冲的互相关宽度决定，200 fs 级脉冲足以分辨载流子复合，却看不清相干声子振荡、超快退相干等几十飞秒量级的过程。解决这两件事的标准工程路径，正是本次交付的全链路方案：
▪ 光参量放大（OPA）—— 解决"调到哪"：在非线性晶体中，一个泵浦光子分裂为 Signal 与 Idler 两个光子（ω_p = ω_s + ω_i）；旋转晶体改变相位匹配角，就能让输出波长在近红外-短波红外连续移动。
▪ 二倍频（SHG）—— 解决"够不够短波"：两个基频光子合并为一个 2ω 光子，把 OPA 的 Signal 与 Idler 分别倍频（SHS / SHI），把覆盖范围推进到紫外与可见段；对主机基频直接倍频，则得到 515 nm 的高功率绿光。
▪ MPC 脉冲压缩 —— 解决"够不够快"：脉冲在多通池（Multi-Pass Cell）内多次往返，通过自相位调制（SPM）展宽光谱，再用啁啾镜补偿色散完成压缩——在几乎不损失能量的前提下把脉宽压缩数倍。
换句话说：OPA 决定你能激发什么，MPC 决定你能看多快，而主机的能量与稳定性决定这两件事的物理上限。镱镭飞秒本次交付的四台设备，正是围绕这条链路逐级设计的。
二、成功交付：一条链路，打通"波长可调谐 + 亚 40 fs"
1.客户类型
某世界一流研究型大学 · 超快光子学与光电功能材料研究组。该研究组围绕低维与新型光电功能材料的光物理过程开展工作，关注光生载流子的产生、弛豫与界面转移，以及激子、声子等元激发的超快动力学，需要一套既能覆盖宽波段泵浦、又能提供数十飞秒时间分辨的公共光源平台。
2.交付内容
▪ HELIOS-20W-HE 高能量飞秒激光器（主机）：Yb 全固态 CPA 架构、水冷，中心波长约 1037 nm，10 kHz / 100 kHz / 1 MHz 三档重频，10 kHz 下 21.5 W / 2.15 mJ / 202.8 fs。
▪ AURORA 宽带可调谐 OPA（2026 升级款 · 独立设备）：20 W / 2 mJ @ 10 kHz 泵浦，四路输出覆盖 315 – 2600 nm，Signal 峰值 2928 mW @ 680 nm。
▪ 独立 SHG 倍频设备：对主机基频直接倍频，输出 515 nm / 12.5 W / 1.25 mJ，转换效率 58.1 %。
▪ HYPERION-G-HE 多通池（MPC）脉冲压缩设备：输入 20 W / 2 mJ / 218 fs，输出 19.27 W / 1.927 mJ / 37.9 fs，传输效率 96.35 %。
▪ 现场服务：四台设备的光路对齐与接口标定、性能复测、操作与日常维护培训，以及质保期内的远程诊断与应用支持。
3.覆盖的核心研究方向
▪ 宽波段泵浦-探测与瞬态吸收：OPA 四路输出覆盖紫外到短波红外，泵浦波长可直接对准目标材料的带边或特征吸收峰。
▪ 低维材料激子动力学：可见段（SHI / Signal 短波端）覆盖二维材料与量子点的激子共振，研究激子形成、结合能与退相干。
▪ 载流子超快动力学：近红外-短波红外 Idler 覆盖窄带隙材料与自由载流子吸收，追踪热载流子冷却与复合通道。
▪ 相干声子与超快退相干：MPC 输出的 37.9 fs 脉冲把时间分辨率推进到数十飞秒，可分辨相干声子振荡周期。
▪ 高场与非线性光学：约 51 GW 峰值功率支持高次谐波产生、太赫兹辐射、强场电离等非线性实验。
▪ 515 nm 绿光应用：独立 SHG 设备提供 12.5 W 高功率绿光，可用于可见波段泵浦、荧光激发或下游非线性转换。
三、为什么选了镱镭飞秒？
📍 一次采购打通波长与脉宽两个维度：OPA + SHG 覆盖 315 – 2600 nm 波长可调谐，MPC 把脉宽压到 37.9 fs，不必为不同实验分别采购多家设备再自行拼接接口。
📍 主机 2.15 mJ 的能量预算足够分配：OPA 注入 2 mJ、MPC 输入 2 mJ、独立 SHG 另成一路——主机的能量与光束质量是三条下游支路能同时达标的前提。
📍 24 h 功率稳定性 0.06 % RMS、指向 5.96 μrad：参量放大与 SPM 展宽都是强非线性过程，会放大泵浦端的任何抖动；主机长稳直接决定 OPA 与 MPC 输出的可重复性。
📍 MPC 传输效率 96.35 %：压缩链路几乎不损失能量，1.927 mJ / 37.9 fs 对应约 51 GW 峰值功率，相比压缩前提升约 5 倍。
📍 同源设计、统一标定：四台设备均为镱镭自研，光高、偏振、色散与接口能量在出厂端统一标定，现场一次对齐到位。
四、硬指标
HELIOS-20W-HE 高能量飞秒激光器
*10 kHz 输出光谱：中心 1037.3 nm，光谱半高宽 8.64 nm
飞秒脉冲的最短时间宽度由光谱带宽的傅里叶极限决定。10 kHz 档中心波长 1037.3 nm，出厂报告给出的光谱半高宽为 8.6417 nm；以高斯型估算，该带宽对应的变换极限脉宽约 190 fs，与实测的 202.8 fs 相差不到 7 %，说明 CPA 展宽-压缩链路的色散匹配已接近最优。光谱顶部的细结构来自再生放大中的增益窄化与光谱整形，属于 Yb-CPA 的典型形貌。
*100 kHz 与 1 MHz 输出光谱：三档重频中心波长漂移 ≤ 0.5 nm
提高重复频率后，单脉冲能量从 2.15 mJ 依次降至 219 μJ（100 kHz）与 21.9 μJ（1 MHz），放大器的增益饱和深度与热负载分布随之变化；但三档实测中心波长分别为 1037.3 / 1037.6 / 1037.8 nm，总漂移不超过 0.5 nm。对下游 OPA 与 MPC 而言，这意味着切换重频后相位匹配角与色散补偿量几乎无需重新标定。
*10 kHz 自相关脉宽：202.8 fs，峰值功率约 10.6 GW
参量增益系数与泵浦光强的平方根成正比，SPM 展宽量则与峰值功率成正比——两条下游链路都直接受益于短脉宽。10 kHz 档实测脉宽 202.8 fs（FWHM），结合 2.15 mJ 单脉冲能量，E/τ 估算峰值功率约 10.6 GW。自相关曲线主峰对称、两翼干净，无明显基座，说明能量集中在主脉冲内。
*100 kHz 与 1 MHz 自相关脉宽：230.7 fs 与 231.9 fs
高重频档实测脉宽为 230.7 fs（100 kHz）与 231.9 fs（1 MHz），相比 10 kHz 档展宽约 14 %，仍保持在百飞秒量级。1 MHz 档平均功率同样达到 21.9 W，适合以高重复率换统计信噪比的快速扫描实验；10 kHz 档则把能量集中到 mJ 级，专供 OPA 与 MPC 两条非线性链路。
*24 h 功率稳定性：21.5 W · 0.06 % RMS
这是全链路最关键的"隐形指标"。OPA 的参量增益与 MPC 的 SPM 展宽都随泵浦光强非线性变化，泵浦端 0.1 % 的功率抖动，到了 Idler 端或压缩端往往被放大数倍。主机在 10 kHz 档连续 24 h 监测，平均功率 21.5 W、RMS 波动仅 0.06 %（约 13 mW），曲线全程平直、无阶跃与周期性起伏——这让 OPA 的波长-功率标定曲线与 MPC 的压缩状态可以长期保持，不必每天重新标定。
*24 h 指向稳定性：5.96 μrad
OPA 中泵浦与白光种子需在晶体内实现微米级空间重叠，MPC 则要求光束严格沿多通池的本征模式往返——两者对指向漂移都非常敏感。出厂测试以聚焦透镜将光束投到相机上连续监测 24 h，角度指向稳定性 5.96 μrad。
AURORA 宽带可调谐 OPA（升级款）
*Signal 调谐光谱：630 – 1036 nm 连续覆盖
Signal 波长由相位匹配角决定。图9 为 630 – 1036 nm 范围内步进扫描得到的归一化光谱，各中心波长均为干净单峰、无寄生结构，相邻波长之间平滑过渡。该谱段正对应钙钛矿、二维材料、量子点等体系的带边与激子吸收峰，峰值输出 2928 mW @ 680 nm，对应 14.64 % 的转换效率——这是四路输出中效率最高的一路。
*Idler 调谐光谱：1036 – 2600 nm 连续覆盖
Idler 由能量守恒锁定：λ_i = 1 / (1/λ_p − 1/λ_s)。图10 展示 1036 – 2600 nm 的步进扫描光谱，覆盖近红外与短波红外两个关键谱段，可用于窄带隙半导体带间跃迁、自由载流子吸收与分子泛频吸收的激发或探测。峰值输出 1533 mW @ 1100 nm（转换效率 7.67 %），即便在 2500 nm 长波端仍有 669 mW、2600 nm 处 462 mW。
*SHS 紫外-可见扩展：315 – 518 nm
对 Signal 做二倍频（SHS）可把波长压缩一半，覆盖 315 – 518 nm 的近紫外与蓝紫段。图 9 的步进光谱显示该段峰形规整、调谐连续，正是宽带隙半导体（如氧化物、卤化物钙钛矿）带边激发与分子电子跃迁激发所需的谱段。峰值输出 1156 mW @ 375 nm，对应 5.78 % 转换效率；在 350 – 420 nm 区间输出普遍维持在 1 W 以上。
*SHI 可见扩展：520 – 630 nm
对 Idler 做二倍频（SHI）得到 520 – 630 nm 的绿-橙-红可见段，恰好填补 SHS 的 518 nm 与 Signal 的 630 nm 之间的空隙，使整条链路在 315 – 2600 nm 内不留空档。图 10 为该段步进扫描光谱，峰值输出 666 mW @ 530 nm（3.33 %）。这一谱段常用于有机染料、荧光蛋白与发光材料的共振激发。
*全谱段调谐功率曲线：一张图看懂 315 – 2600 nm
图13 以对数纵轴汇总四路输出随波长的功率分布：SHS（315 – 518 nm）、SHI（520 – 630 nm）、Signal（630 – 1036 nm）、Idler（1036 – 2600 nm）。Signal 在 650 – 850 nm 形成 2.5 – 2.9 W 的高原，Idler 在 1.1 – 2.2 μm 稳定维持在 1 W 以上，SHS 在 350 – 430 nm 超过 1 W。四路无缝拼接，横跨紫外到短波红外近三个倍频程——同一台设备即可支撑不同材料体系的泵浦需求，不必更换光源。按 10 kHz 折算，Signal 峰值单脉冲能量约 293 μJ。
*OPA 输出功率稳定性
出厂在 750 nm 工作点对 Signal 输出做了 24 h 长时监测：平均功率 27 W，稳定性 0.2539 % RMS。考虑到参量放大会把泵浦端的功率抖动放大数倍，这一结果与主机 0.06 % RMS 的长稳是直接对应的。
HYPERION-G-HE 多通池（MPC）脉冲压缩设备
*光谱展宽：-10 dB 带宽从 16 nm 扩展到 80 nm
把压缩前后的光谱叠在同一张图上：压缩前（洋红）主体仅位于 1030 – 1045 nm，-10 dB 带宽 16 nm；压缩后（深蓝）光谱向两侧大幅展开至约 985 – 1075 nm，-10 dB 带宽达到 80 nm，为原来的 5 倍。曲线上多个对称分布的峰是 SPM 的指纹特征——自相位调制在脉冲前后沿分别产生红移与蓝移频率成分，二者干涉形成周期性调制结构。光谱展宽 5 倍，正是脉宽能够压缩到原来约 1/6 的物理前提。
*脉冲压缩：218 fs → 37.9 fs，峰值功率约 51 GW
压缩前后的自相关曲线对比，实测输出脉宽 37.9 fs（FWHM），压缩比约 5.8 倍。按压缩后光谱主瓣的半高宽估算，变换极限脉宽在 35 fs 量级，实测 37.9 fs 已非常接近该极限，说明啁啾镜的色散补偿量匹配良好、残余高阶相位很小。能量方面，1.927 mJ / 37.9 fs 对应约 51 GW 峰值功率——相比压缩前的约 9 GW 提升约 5 倍，为高次谐波、太赫兹辐射与强场实验提供了充足的峰值功率裕量。
*传输效率 96.35 %，24 h 功率稳定性 0.039 % RMS
20 W 输入、19.27 W 输出，传输效率 96.35 %——这是 MPC 相比传统光纤展宽方案的核心优势：自由空间多通结构没有光纤的模场限制与损伤风险，几乎全部能量都能通过。图17 显示输出功率在 24 h 连续监测中保持平直，RMS 波动仅 0.039 %，甚至优于主机本身的 0.06 %。
*24 h 指向稳定性 3.5 μrad，发散角 0.102 mrad
多通池内光束要往返数十次，任何指向偏差都会被往返次数放大，因此 MPC 的出光指向是衡量其机械与热设计水平的直接指标。图 18 显示 24 h 内两个正交方向的质心位置均为平直基线，角度指向稳定性 3.5 μrad；输出光束直径 7.5 mm、发散角仅 0.102 mrad，便于后续长距离传输与下游光路耦合。
五、总结
这次交付的意义，不在于某一台设备的单项参数，而在于一条完整链路的指标传递关系：主机 2.15 mJ 的能量预算决定了 OPA 与 MPC 能同时吃饱；0.06 % RMS 与 5.96 μrad 的长稳决定了参量放大与 SPM 展宽这两个强非线性过程的输出可重复；M² ≤ 1.107 的光束质量决定了多通池内的模式匹配质量。链路的上限永远由最上游决定。围绕这套平台，后续还有三条清晰的扩展路径：
▪ 向中红外延伸：在 OPA 之后接入独立 DFG 设备，把输出推进到 3 – 12 μm 分子振动谱段，用振动光谱直接指认反应中间体与界面吸附物种。
▪ 向更短脉宽推进：在现有 MPC 之后级联第二级压缩，有望把脉宽推进到 10 fs 量级，支撑阿秒驱动与强场物理实验。
▪ 向高重频扩展：主机 100 kHz / 1 MHz 两档已通过验收，配合高重频 OPA 可把超快光谱实验的采集速度再提升一个量级。
如果您正在筹建波长可调谐超快光谱 / 泵浦-探测 / 高场非线性光学等实验平台，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。
超快光谱研究的是物质受光激发后在飞秒-皮秒尺度上的演化：载流子如何产生与冷却、激子如何形成与解离、电荷如何跨越界面转移、相变如何在晶格中成核。这类实验的共同范式是泵浦-探测——用一束飞秒脉冲激发样品，再用另一束延迟可调的脉冲读出变化。
实验能不能做成，往往卡在两件事上。第一是波长：泵浦光子能量必须落在样品的吸收带上，不同材料体系的带隙从紫外一直分布到短波红外；而 1 μm 波段的 Yb 飞秒激光器只给出一个固定波长。第二是脉宽：时间分辨率由泵浦与探测脉冲的互相关宽度决定，200 fs 级脉冲足以分辨载流子复合，却看不清相干声子振荡、超快退相干等几十飞秒量级的过程。解决这两件事的标准工程路径，正是本次交付的全链路方案：
▪ 光参量放大（OPA）—— 解决"调到哪"：在非线性晶体中，一个泵浦光子分裂为 Signal 与 Idler 两个光子（ω_p = ω_s + ω_i）；旋转晶体改变相位匹配角，就能让输出波长在近红外-短波红外连续移动。
▪ 二倍频（SHG）—— 解决"够不够短波"：两个基频光子合并为一个 2ω 光子，把 OPA 的 Signal 与 Idler 分别倍频（SHS / SHI），把覆盖范围推进到紫外与可见段；对主机基频直接倍频，则得到 515 nm 的高功率绿光。
▪ MPC 脉冲压缩 —— 解决"够不够快"：脉冲在多通池（Multi-Pass Cell）内多次往返，通过自相位调制（SPM）展宽光谱，再用啁啾镜补偿色散完成压缩——在几乎不损失能量的前提下把脉宽压缩数倍。
换句话说：OPA 决定你能激发什么，MPC 决定你能看多快，而主机的能量与稳定性决定这两件事的物理上限。镱镭飞秒本次交付的四台设备，正是围绕这条链路逐级设计的。
二、成功交付：一条链路，打通"波长可调谐 + 亚 40 fs"
1.客户类型
某世界一流研究型大学 · 超快光子学与光电功能材料研究组。该研究组围绕低维与新型光电功能材料的光物理过程开展工作，关注光生载流子的产生、弛豫与界面转移，以及激子、声子等元激发的超快动力学，需要一套既能覆盖宽波段泵浦、又能提供数十飞秒时间分辨的公共光源平台。
2.交付内容
▪ HELIOS-20W-HE 高能量飞秒激光器（主机）：Yb 全固态 CPA 架构、水冷，中心波长约 1037 nm，10 kHz / 100 kHz / 1 MHz 三档重频，10 kHz 下 21.5 W / 2.15 mJ / 202.8 fs。
▪ AURORA 宽带可调谐 OPA（2026 升级款 · 独立设备）：20 W / 2 mJ @ 10 kHz 泵浦，四路输出覆盖 315 – 2600 nm，Signal 峰值 2928 mW @ 680 nm。
▪ 独立 SHG 倍频设备：对主机基频直接倍频，输出 515 nm / 12.5 W / 1.25 mJ，转换效率 58.1 %。
▪ HYPERION-G-HE 多通池（MPC）脉冲压缩设备：输入 20 W / 2 mJ / 218 fs，输出 19.27 W / 1.927 mJ / 37.9 fs，传输效率 96.35 %。
▪ 现场服务：四台设备的光路对齐与接口标定、性能复测、操作与日常维护培训，以及质保期内的远程诊断与应用支持。
3.覆盖的核心研究方向
▪ 宽波段泵浦-探测与瞬态吸收：OPA 四路输出覆盖紫外到短波红外，泵浦波长可直接对准目标材料的带边或特征吸收峰。
▪ 低维材料激子动力学：可见段（SHI / Signal 短波端）覆盖二维材料与量子点的激子共振，研究激子形成、结合能与退相干。
▪ 载流子超快动力学：近红外-短波红外 Idler 覆盖窄带隙材料与自由载流子吸收，追踪热载流子冷却与复合通道。
▪ 相干声子与超快退相干：MPC 输出的 37.9 fs 脉冲把时间分辨率推进到数十飞秒，可分辨相干声子振荡周期。
▪ 高场与非线性光学：约 51 GW 峰值功率支持高次谐波产生、太赫兹辐射、强场电离等非线性实验。
▪ 515 nm 绿光应用：独立 SHG 设备提供 12.5 W 高功率绿光，可用于可见波段泵浦、荧光激发或下游非线性转换。
三、为什么选了镱镭飞秒？
📍 一次采购打通波长与脉宽两个维度：OPA + SHG 覆盖 315 – 2600 nm 波长可调谐，MPC 把脉宽压到 37.9 fs，不必为不同实验分别采购多家设备再自行拼接接口。
📍 主机 2.15 mJ 的能量预算足够分配：OPA 注入 2 mJ、MPC 输入 2 mJ、独立 SHG 另成一路——主机的能量与光束质量是三条下游支路能同时达标的前提。
📍 24 h 功率稳定性 0.06 % RMS、指向 5.96 μrad：参量放大与 SPM 展宽都是强非线性过程，会放大泵浦端的任何抖动；主机长稳直接决定 OPA 与 MPC 输出的可重复性。
📍 MPC 传输效率 96.35 %：压缩链路几乎不损失能量，1.927 mJ / 37.9 fs 对应约 51 GW 峰值功率，相比压缩前提升约 5 倍。
📍 同源设计、统一标定：四台设备均为镱镭自研，光高、偏振、色散与接口能量在出厂端统一标定，现场一次对齐到位。
四、硬指标
HELIOS-20W-HE 高能量飞秒激光器
| 项目 | 10 kHz | 100 kHz | 1 MHz |
| 中心波长 | 1037.3 nm | 1037.6 nm | 1037.8 nm |
| 脉冲宽度（FWHM） | 202.8 fs | 230.7 fs | 231.9 fs |
| 单脉冲能量 | 2.15 mJ | 219 μJ | 21.9 μJ |
| 平均功率 | 21.5 W | 21.9 W | 21.9 W |
| 峰值功率（E/τ 估算） | ≈ 10.6 GW | ≈ 0.95 GW | ≈ 94 MW |
| 光束质量 M²（x / y） | 1.064 / 1.094 | 1.058 / 1.097 | 1.066 / 1.107 |
| 光束直径（距出光口约 1 m） | 5.3 mm | 5.9 mm | 5.9 mm |
| 24 h 功率稳定性 | 0.06 % RMS | ||
| 24 h 指向稳定性 | 5.96 μrad | ||
| 预脉冲对比度 | > 1000:1 | ||
| 偏振 / 光高 / 冷却 | 竖直线偏振 / 182 mm / 水冷 | ||
*10 kHz 输出光谱：中心 1037.3 nm，光谱半高宽 8.64 nm
飞秒脉冲的最短时间宽度由光谱带宽的傅里叶极限决定。10 kHz 档中心波长 1037.3 nm，出厂报告给出的光谱半高宽为 8.6417 nm；以高斯型估算，该带宽对应的变换极限脉宽约 190 fs，与实测的 202.8 fs 相差不到 7 %，说明 CPA 展宽-压缩链路的色散匹配已接近最优。光谱顶部的细结构来自再生放大中的增益窄化与光谱整形，属于 Yb-CPA 的典型形貌。
*100 kHz 与 1 MHz 输出光谱：三档重频中心波长漂移 ≤ 0.5 nm
提高重复频率后，单脉冲能量从 2.15 mJ 依次降至 219 μJ（100 kHz）与 21.9 μJ（1 MHz），放大器的增益饱和深度与热负载分布随之变化；但三档实测中心波长分别为 1037.3 / 1037.6 / 1037.8 nm，总漂移不超过 0.5 nm。对下游 OPA 与 MPC 而言，这意味着切换重频后相位匹配角与色散补偿量几乎无需重新标定。
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| 图 1 ｜ HELIOS-20W-HE · 10 kHz 输出光谱 · 中心波长 1037.3 nm | 图 2 ｜ HELIOS-20W-HE · 100 kHz 输出光谱 · 中心波长1037.6 nm | 图 3 ｜ HELIOS-20W-HE · 1MHz 输出光谱 · 中心波长1037.8 nm |
*10 kHz 自相关脉宽：202.8 fs，峰值功率约 10.6 GW
参量增益系数与泵浦光强的平方根成正比，SPM 展宽量则与峰值功率成正比——两条下游链路都直接受益于短脉宽。10 kHz 档实测脉宽 202.8 fs（FWHM），结合 2.15 mJ 单脉冲能量，E/τ 估算峰值功率约 10.6 GW。自相关曲线主峰对称、两翼干净，无明显基座，说明能量集中在主脉冲内。
*100 kHz 与 1 MHz 自相关脉宽：230.7 fs 与 231.9 fs
高重频档实测脉宽为 230.7 fs（100 kHz）与 231.9 fs（1 MHz），相比 10 kHz 档展宽约 14 %，仍保持在百飞秒量级。1 MHz 档平均功率同样达到 21.9 W，适合以高重复率换统计信噪比的快速扫描实验；10 kHz 档则把能量集中到 mJ 级，专供 OPA 与 MPC 两条非线性链路。
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| 图 4 ｜ HELIOS-20W-HE · 10 kHz 自相关曲线 · 脉宽 202.8 fs（FWHM） | 图 5 | HELIOS-20W-HE · 100 kHz 自相关曲线 · 脉宽 230.7 fs（FWHM） | 图 6 | HELIOS-20W-HE · 1MHz 自相关曲线 · 脉宽 231.9 fs（FWHM） |
*24 h 功率稳定性：21.5 W · 0.06 % RMS
这是全链路最关键的"隐形指标"。OPA 的参量增益与 MPC 的 SPM 展宽都随泵浦光强非线性变化，泵浦端 0.1 % 的功率抖动，到了 Idler 端或压缩端往往被放大数倍。主机在 10 kHz 档连续 24 h 监测，平均功率 21.5 W、RMS 波动仅 0.06 %（约 13 mW），曲线全程平直、无阶跃与周期性起伏——这让 OPA 的波长-功率标定曲线与 MPC 的压缩状态可以长期保持，不必每天重新标定。
*24 h 指向稳定性：5.96 μrad
OPA 中泵浦与白光种子需在晶体内实现微米级空间重叠，MPC 则要求光束严格沿多通池的本征模式往返——两者对指向漂移都非常敏感。出厂测试以聚焦透镜将光束投到相机上连续监测 24 h，角度指向稳定性 5.96 μrad。
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| 图 7 ｜ HELIOS-20W-HE · 10 kHz 24 h 功率稳定性 · 平均 21.5 W · 0.06 % RMS | 图 8 | HELIOS-20W-HE · 10 kHz 24 h 指向稳定性 · 5.96 μrad |
AURORA 宽带可调谐 OPA（升级款）
| 项目 | 实测值 | 备注 |
| 调谐输出波长范围 | 315 – 2600 nm | 四路无缝拼接 |
| SHS（Signal 倍频） | 315 – 518 nm | 峰值 1156 mW @ 375 nm（5.78 %） |
| SHI（Idler 倍频） | 520 – 630 nm | 峰值 666 mW @ 530 nm（3.33 %） |
| Signal | 630 – 1036 nm | 峰值 2928 mW @ 680 nm（14.64 %） |
| Idler | 1036 – 2600 nm | 峰值 1533 mW @ 1100 nm（7.67 %） |
| 泵浦参数 | 20 W / 2 mJ / 10 kHz | 202.8 fs @ 1037.3 nm |
| 输出脉宽 | 144.5 fs @ 750 nm | 短于泵浦脉宽 |
| 24 h 输出功率稳定性 | 0.2539 % RMS @ 750 nm | 750 nm 工作点 |
| 输出偏振 | 四路均为竖直线偏振 | |
*Signal 调谐光谱：630 – 1036 nm 连续覆盖
Signal 波长由相位匹配角决定。图9 为 630 – 1036 nm 范围内步进扫描得到的归一化光谱，各中心波长均为干净单峰、无寄生结构，相邻波长之间平滑过渡。该谱段正对应钙钛矿、二维材料、量子点等体系的带边与激子吸收峰，峰值输出 2928 mW @ 680 nm，对应 14.64 % 的转换效率——这是四路输出中效率最高的一路。
*Idler 调谐光谱：1036 – 2600 nm 连续覆盖
Idler 由能量守恒锁定：λ_i = 1 / (1/λ_p − 1/λ_s)。图10 展示 1036 – 2600 nm 的步进扫描光谱，覆盖近红外与短波红外两个关键谱段，可用于窄带隙半导体带间跃迁、自由载流子吸收与分子泛频吸收的激发或探测。峰值输出 1533 mW @ 1100 nm（转换效率 7.67 %），即便在 2500 nm 长波端仍有 669 mW、2600 nm 处 462 mW。
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| 图 9 ｜ AURORA · Signal 输出调谐光谱 · 630 – 1036 nm | 图 10 ｜ AURORA · Idler 输出调谐光谱 · 1036 – 2600 nm |
*SHS 紫外-可见扩展：315 – 518 nm
对 Signal 做二倍频（SHS）可把波长压缩一半，覆盖 315 – 518 nm 的近紫外与蓝紫段。图 9 的步进光谱显示该段峰形规整、调谐连续，正是宽带隙半导体（如氧化物、卤化物钙钛矿）带边激发与分子电子跃迁激发所需的谱段。峰值输出 1156 mW @ 375 nm，对应 5.78 % 转换效率；在 350 – 420 nm 区间输出普遍维持在 1 W 以上。
*SHI 可见扩展：520 – 630 nm
对 Idler 做二倍频（SHI）得到 520 – 630 nm 的绿-橙-红可见段，恰好填补 SHS 的 518 nm 与 Signal 的 630 nm 之间的空隙，使整条链路在 315 – 2600 nm 内不留空档。图 10 为该段步进扫描光谱，峰值输出 666 mW @ 530 nm（3.33 %）。这一谱段常用于有机染料、荧光蛋白与发光材料的共振激发。
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| 图 11 ｜ AURORA · SHS 输出调谐光谱 · 315 – 518 nm | 图 12 | AURORA · SHI 输出调谐光谱 · 520 – 630 nm |
*全谱段调谐功率曲线：一张图看懂 315 – 2600 nm
图13 以对数纵轴汇总四路输出随波长的功率分布：SHS（315 – 518 nm）、SHI（520 – 630 nm）、Signal（630 – 1036 nm）、Idler（1036 – 2600 nm）。Signal 在 650 – 850 nm 形成 2.5 – 2.9 W 的高原，Idler 在 1.1 – 2.2 μm 稳定维持在 1 W 以上，SHS 在 350 – 430 nm 超过 1 W。四路无缝拼接，横跨紫外到短波红外近三个倍频程——同一台设备即可支撑不同材料体系的泵浦需求，不必更换光源。按 10 kHz 折算，Signal 峰值单脉冲能量约 293 μJ。
*OPA 输出功率稳定性
出厂在 750 nm 工作点对 Signal 输出做了 24 h 长时监测：平均功率 27 W，稳定性 0.2539 % RMS。考虑到参量放大会把泵浦端的功率抖动放大数倍，这一结果与主机 0.06 % RMS 的长稳是直接对应的。
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| 图 13 ｜ AURORA · 四路输出全谱段调谐功率曲线（对数纵轴）· 315 – 2600 nm | 图 14 | AURORA · Signal 750 nm 工作点 24 h 功率稳定性 · 平均 27 W · 0.2539 % RMS |
HYPERION-G-HE 多通池（MPC）脉冲压缩设备
| 项目 | 输入 / 规格 | 输出 / 实测 |
| HYPERION-G-HE（MPC） | ||
| 平均功率 | 20 W @ 10 kHz | 19.27 W（效率 96.35 %） |
| 单脉冲能量 | 2 mJ | 1.927 mJ |
| 脉冲宽度（FWHM） | 218 fs | 37.9 fs（压缩比约 5.8×） |
| 光谱 -10 dB 带宽 | 16 nm | 80 nm |
| 峰值功率（E/τ 估算） | ≈ 9 GW | ≈ 51 GW |
| 24 h 功率 / 指向稳定性 | —— | 0.039 % RMS / 3.5 μrad |
| 光束直径 / 发散角 / 光高 | 4.6 mm | 7.5 mm / 0.102 mrad / 115 mm |
| 独立 SHG 设备 | ||
| 515 nm 倍频输出 | 21.5 W / 2.15 mJ @ 1037 nm | 12.5 W / 1.25 mJ（效率 58.1 %） |
| 基频直通输出 | —— | 20.8 W / 2.08 mJ @ 1030 nm 波段 |
| 光斑直径（约 1 m 处） | —— | 4.48 mm（515 nm）/ 5.47 mm（基频） |
*光谱展宽：-10 dB 带宽从 16 nm 扩展到 80 nm
把压缩前后的光谱叠在同一张图上：压缩前（洋红）主体仅位于 1030 – 1045 nm，-10 dB 带宽 16 nm；压缩后（深蓝）光谱向两侧大幅展开至约 985 – 1075 nm，-10 dB 带宽达到 80 nm，为原来的 5 倍。曲线上多个对称分布的峰是 SPM 的指纹特征——自相位调制在脉冲前后沿分别产生红移与蓝移频率成分，二者干涉形成周期性调制结构。光谱展宽 5 倍，正是脉宽能够压缩到原来约 1/6 的物理前提。
*脉冲压缩：218 fs → 37.9 fs，峰值功率约 51 GW
压缩前后的自相关曲线对比，实测输出脉宽 37.9 fs（FWHM），压缩比约 5.8 倍。按压缩后光谱主瓣的半高宽估算，变换极限脉宽在 35 fs 量级，实测 37.9 fs 已非常接近该极限，说明啁啾镜的色散补偿量匹配良好、残余高阶相位很小。能量方面，1.927 mJ / 37.9 fs 对应约 51 GW 峰值功率——相比压缩前的约 9 GW 提升约 5 倍，为高次谐波、太赫兹辐射与强场实验提供了充足的峰值功率裕量。
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| 图 15 ｜ HYPERION-G-HE · MPC 压缩前后输出光谱对比 · -10 dB 带宽 16 nm → 80 nm | 图 16 ｜ HYPERION-G-HE · MPC 压缩前后自相关曲线 · 输出脉宽 37.9 fs（FWHM） |
*传输效率 96.35 %，24 h 功率稳定性 0.039 % RMS
20 W 输入、19.27 W 输出，传输效率 96.35 %——这是 MPC 相比传统光纤展宽方案的核心优势：自由空间多通结构没有光纤的模场限制与损伤风险，几乎全部能量都能通过。图17 显示输出功率在 24 h 连续监测中保持平直，RMS 波动仅 0.039 %，甚至优于主机本身的 0.06 %。
*24 h 指向稳定性 3.5 μrad，发散角 0.102 mrad
多通池内光束要往返数十次，任何指向偏差都会被往返次数放大，因此 MPC 的出光指向是衡量其机械与热设计水平的直接指标。图 18 显示 24 h 内两个正交方向的质心位置均为平直基线，角度指向稳定性 3.5 μrad；输出光束直径 7.5 mm、发散角仅 0.102 mrad，便于后续长距离传输与下游光路耦合。
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| 图 17 ｜ HYPERION-G-HE · MPC 输出 24 h 功率稳定性 · 平均 19.27 W · 0.039 % RMS | 图 18 | HYPERION-G-HE · MPC 输出 24 h 指向稳定性 · 3.5 μrad |
五、总结
这次交付的意义，不在于某一台设备的单项参数，而在于一条完整链路的指标传递关系：主机 2.15 mJ 的能量预算决定了 OPA 与 MPC 能同时吃饱；0.06 % RMS 与 5.96 μrad 的长稳决定了参量放大与 SPM 展宽这两个强非线性过程的输出可重复；M² ≤ 1.107 的光束质量决定了多通池内的模式匹配质量。链路的上限永远由最上游决定。围绕这套平台，后续还有三条清晰的扩展路径：
▪ 向中红外延伸：在 OPA 之后接入独立 DFG 设备，把输出推进到 3 – 12 μm 分子振动谱段，用振动光谱直接指认反应中间体与界面吸附物种。
▪ 向更短脉宽推进：在现有 MPC 之后级联第二级压缩，有望把脉宽推进到 10 fs 量级，支撑阿秒驱动与强场物理实验。
▪ 向高重频扩展：主机 100 kHz / 1 MHz 两档已通过验收，配合高重频 OPA 可把超快光谱实验的采集速度再提升一个量级。
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