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成功交付！2 mJ / 单发–1 MHz / 亚 200 fs 高能飞秒激光器赋能超快前沿科研
2026.07.31
一、2 mJ 飞秒 + MHz 高重频——为什么它是超快科研平台的"新基座"？
过去十年，1030 nm Yb 飞秒激光已经成为高功率飞秒平台的事实标准。但真正把超快前沿科学（HHG、attosecond、强场 THz、双光子成像、光化学动力学、宽波段泵浦-探测）从实验室原型推向"通宵稳跑"的工程门槛，从来不是单一指标——而是要在同一台主振上同时满足五项交叉需求：
▪ ▶ 2 mJ 飞秒激光 —— 强场太赫兹（TPFP-LiNbO₃）、HHG、非线性 OPA 泵浦对能量的最低门槛，几乎都锁定在毫焦级；低于 mJ 的驱动源，整条实验链条的可用光子通量都要被迫牺牲。
▪ ▶ MHz 高重频 —— 面向 TA 快扫、attosecond 相位平均、生物光子学两光子成像等场景，重频每提高 10 倍，等效积分时间就压缩 √10 倍；从传统 1–100 kHz 提升到 1 MHz，是从"研究性平台"迈向"仪器级平台"的分水岭。
▪ ▶ 亚 200 fs 高峰值功率 —— 光整流、TPFP、HHG、多光子等非线性过程的转换效率随峰值光强 I_peak = E/(τ·A) 平方增长；把脉宽从 300 fs 压到 180 fs，相同能量下峰值光强直接翻倍，转换效率成倍提升。
▪ ▶ 科研泵浦源级稳定性 —— 无论是 OPA 参量下转换、还是 TA 差分信号采集，长期功率与指向稳定性直接决定基线噪声与信噪比；0.1 % RMS 与 μrad 级指向是"可发表数据"与"扫一晚上没数据"的临界。
▪ ▶ 超快激光工程化 —— 单机原生集成"单发–1 MHz 全速率选单"，同一张光学平台切换不同重频、不同能量工作模式的能力，是超快前沿平台走向"一机多路线"的核心工程。
镱镭飞秒 HELIOS-20W-HE 高能飞秒主机，正是围绕上述五项交叉需求做的旗舰级 CPA 平台——一次交付即打通"2 mJ 飞秒 + MHz 高重频 + 亚 200 fs + 科研级稳定"的组合天花板。
二、成功交付：五档重频一体化落地
近期，镱镭飞秒为某双一流高校超快前沿实验室成功交付了一套 HELIOS-20W-HE 高能飞秒主机。该实验室长期从事强场超快科学与新型超快诊断方向的研究，需要在同一台主振上同时兼容"高单脉冲能量 OPA / TPFP 泵浦（1–10 kHz）"与"MHz 高重频快扫（1 MHz）"两类差异极大的实验场景，对驱动源在"能量–脉宽–稳定性–重频灵活性"四维度都提出了极高的要求。
1.客户类型
某双一流高校超快前沿实验室，长期从事强场太赫兹辐射、高次谐波产生（HHG）、光化学反应中间体飞秒诊断、宽波段泵浦–探测（TA）等方向的研究工作，对驱动源在"高能量 + 高重频 + 高稳定"三合一维度上有严苛的科研级要求。
2.交付内容
■ HELIOS-20W-HE 高能飞秒主机：1030 nm Yb 全固态 CPA，2.16 mJ @ 10 kHz、21.6 W 平均功率、180.2 fs 亚 200 fs 短脉宽。
■ "单发 – 1 MHz"全速率脉冲选单模块（原生集成）：无需外置 EOM / AOM，即可在同一台主振上无损切换 1 k / 10 k / 50 k / 100 k / 1 MHz 五档重频。
■ 配套：光高 168 mm 定制适配、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
■ 强场太赫兹辐射（TPFP-LiNbO₃）—— 2.16 mJ 单脉冲 + 亚 200 fs 短脉宽正好落在光整流转换效率的甜点区间。
■ 高次谐波产生（HHG）与 attosecond 前端 —— 2 mJ 级毫焦驱动 + 6.88 μrad 指向稳定，满足 XUV 高次谐波长期积分需求。
■ OPA 参量下转换宽波段泵浦-探测（TA）—— 21.6 W / 10 kHz 提供充足的 OPA 泵浦预算，覆盖 315 – 2600 nm 全谱段探针。
■ MHz 高重频快扫超快诊断 —— 1 MHz 工作点直接支撑通宵级 TA 快扫、双光子成像、微腔非线性时间分辨等应用。
■ 后续可扩展：MPC 脉宽压缩至亚 40 fs、DFG 中红外延伸、多路 OPA 并行。
三、为什么选了镱镭飞秒？
本次采购前，实验室对多家 mJ 级 Yb 飞秒主振（含 MHz 高重频选项）方案做了严格的系统比选。最终选择镱镭飞秒 HELIOS-20W-HE，主要原因有以下四点：
■ 主机三项核心指标显著超规格：脉冲宽度规格 < 200 fs，实测 180.2 fs @ 1 kHz（超规格 10 %）；24 h 功率稳定性 0.1 % RMS，优于 < 1 % 规格 10 倍；指向稳定性 6.88 μrad，落在 μrad 级第一梯队水平。
■ 五档重频一次覆盖："单发 – 1 MHz"选单模块原生集成在主机内部，无需外置 EOM / AOM；1 k / 10 k / 50 k / 100 k / 1 MHz 五档参数全部通过出厂验证，客户可根据实验模式直接切换工作点，无需改动光路。
■ M² 全档接近衍射极限：1 kHz 下 M²x=1.085 / M²y=1.079，10 kHz – 1 MHz 下 M² 保持在 1.06 – 1.07 区间——TEM₀₀ 空间模式意味着下游 OPA 的相位匹配长度可以做到最长，非线性转换效率不被空间畸变拖累。
■ 亚 200 fs 的脉宽甜点：180 – 208 fs 全档脉宽落在 OPA 泵浦、TPFP、HHG 等非线性转换的最佳工作区间——短到可获得高瞬时峰值功率与高增益，长到不会触发 BBO / LiNbO₃ / 空气等介质的非线性损伤。
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–1 MHz 脉冲选单），直接二极管抽运。出厂报告在同一台主振上覆盖 1 k / 10 k / 50 k / 100 k / 1 MHz 五档重频完整验证，全部通过。
注：功率稳定性与指向稳定性数据在 10 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。所有数据严格按出厂测试报告执行。
*输出光谱：中心波长 1036 nm · 谱型对称稳定
10 kHz 主工作点下 HELIOS-20W-HE 输出光谱中心波长 1036.3 nm，-3 dB 谱宽约 8 nm，谱型接近对称高斯——无边带、无模式拍频。100 kHz 高重频工作点下中心波长稳定在 1036.7 nm，谱型基本一致——说明再生放大链路与选单模块协同良好，未引入二次模式结构。下方图 1 / 图 2 分别展示了 10 kHz 与 100 kHz 双工作点的输出光谱形态。
*自相关脉宽：182.6 fs @ 10 kHz · 204.1 fs @ 100 kHz
10 kHz 主工作点自相关脉宽 182.6 fs（Gauss FWHM）——低于客户 < 200 fs 规格约 9 %，落在 OPA / TPFP / HHG 泵浦的最佳工作区间。100 kHz 高重频工作点下脉宽 204.1 fs，仅略微展宽——这一档"脉宽随重频微幅展宽"是 Yb 放大链路在高热负载下的典型行为，已属工业级 Yb-CPA 最优表现。下方图 3 / 图 4 分别展示了 10 kHz 与 100 kHz 双工作点的脉宽包络。
*24 h 长时功率稳定性：0.1 % 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 0.1 % RMS（60F-DC-25U S/N: 224053160 功率计）。这一档稳定性优于 < 1 % 规格 10 倍——意味着后端 OPA / TPFP / HHG 等非线性转换过程的输出噪声主要来自非线性过程本身而非驱动源，能显著压低 TA 差分信号的基线噪声。下方图 5 曲线在长时间窗口内几乎平直、整段无可见热漂移。
*24 h 指向稳定性：6.88 μrad
在 F = 500 mm 透镜聚焦下连续监测 24 小时，质心 RMS = 3.44 μm，对应远场指向稳定性 6.88 μrad（WinCamD-LCM 光斑分析仪）。对下游 OPA / HHG 等非线性实验而言，泵浦光指向稳定性直接决定了 BBO / 气体喷嘴中的有效相位匹配长度——指向漂移在 10 μrad 量级已足以显著改变非线性转换效率与光谱形状。6.88 μrad 的水平基本消除了这类被动漂移对下游转换效率的影响。下方图 6 曲线展示了 X / Y 方向质心位置随时间的演化，全段稳定、无明显漂移。
*五档 M² 全部接近衍射极限
BSQ-SQ920 M² 测量仪读取 1 k / 10 k / 50 k / 100 k / 1 MHz 五档下的光束质量：M²x 集中在 1.062 – 1.085、M²y 集中在 1.073 – 1.079——五档全部接近 TEM₀₀ 衍射极限。这一档光束质量意味着无论客户切换到哪个重频工作点，下游 OPA / HHG / TPFP 内的空间模式匹配都能维持最佳状态，非线性转换效率不会因空间畸变而系统性下降。
*亚 200 fs · 2 mJ 高峰值功率
结合 2.16 mJ 单脉冲能量与 182.6 fs @ 10 kHz 脉宽，峰值功率约 11 GW——这一水平已足以驱动强场太赫兹（TPFP-LiNbO₃ 峰值电场 > 500 kV/cm）、气体 HHG（Kr / Ar / Xe 全部截止波长内）与 mJ 级 OPA 参量放大（Signal + Idler 峰值转换效率 > 10 %）等前沿场景。1 kHz 下脉宽 180.2 fs、峰值功率进一步提升至 12 GW——这是超快前沿实验驱动源的高性能标杆。
五、应用工程亮点：定制光路布局 + 预留 OPA / MPC 扩展位
本次交付不仅是一台激光主机的到货，更是镱镭应用工程团队从"客户实验室未来 3 – 5 年扩展路线"出发所做的一次完整的系统级方案设计。客户在采购 HELIOS-20W-HE 主机的同时，已明确规划后续采购镱镭 AURORA 系列 OPA 与 HYPERION 系列 MPC（脉冲压缩），构建"主振 + 压缩 + 参量转换"三级链路。为让客户后续加装 OPA / MPC 时无需重排光学平台、无需重新对准主光路，镱镭应用团队在合同签署阶段即介入布局设计，为下游扩展预留了完整的物理空间与接口。“镱镭应用工程师从销售联络单阶段就深度介入客户实验台的定义：光高 168 mm 定制、光斑指向监测、密封光路、光路"爬低"设计、宽频护目镜——每一项都按客户实际集成方案定制。这是"主机 + OPA + MPC"全链路一体化交付理念的直接落地。”
*客户光学平台与镱镭定制布局
客户光学平台尺寸 1.5 m × 3 m，镱镭定制系统布局占用 1.8 m × 1.5 m（图 7 中红色虚线框区域）。同一张光学平台上一次性完成 HELIOS 主机 + 预留 HYPERION MPC 位 + 预留 AURORA OPA 位 + 客户 1030 nm 自用分光端口 —— 后期客户加装 MPC 与 OPA 时，仅需将设备置于预留位、按预设光路接入即可，无需重新对准主光路。
图 7 ｜镱镭定制光路布局图 · HELIOS 主机 + 预留 HYPERION MPC 位（未来加装）+ 预留 AURORA OPA 位（未来加装）+ 1030 nm 客户自用分光
*光路高度与光斑高度分层设计
多级链路之间光高的精确匹配，是一体化光路布局能否"即插即用"的关键。镱镭为本次交付设计了如下光路高度分层，保证主机、MPC、OPA 三级输出各自的光斑高度独立可调：
▪ HELIOS 主机出光：168 mm 光高，主输出经分光模块（BS）分出 1030 nm 客户自用臂
▪ HELIOS → HYPERION MPC：主机出光通过"爬低"结构从 168 mm 逐级降至 150 mm，进入 MPC 后压缩输出 < 50 fs 短脉宽，出射光高 115 mm
▪ HELIOS → AURORA OPA：主机分光后经"爬低"进入 OPA，输出 Signal（630 – 1030 nm）与 Idler（1030 – 2600 nm）双臂，光高均为 150 mm
▪ 3 台独立水冷机放置于光学平台之外，热噪声与振动源与主光路物理隔离
这种"光高分层 + 爬低设计 + 预留位"的一体化布局，直接把客户未来 3 – 5 年的扩展路线锁进出厂前的方案设计里 —— 从物理链路上避免了后期加装设备时常见的"光路碰撞、光高失配、平台空间不够"三大死角。
*现场交付与联调实景
下方图 8 展示了 HELIOS-20W-HE 主机在客户光学平台上的现场安装实景。整机尺寸完全落在预留区域内，主机侧面为水冷、电源、控制信号接口——所有接口位于同一侧，便于客户后期扩展 MPC / OPA 时的走线整齐。
图 8 ｜HELIOS-20W-HE 主机联调 · 出光端接口 + 上位机监控界面
六、客户怎么说？
我们的实验平台需要同时支撑"强场太赫兹与 HHG（需要 mJ 级 1 kHz / 10 kHz 高能泵浦）"与"MHz 高重频快扫 TA（需要 100 kHz – 1 MHz 高重频）"两类差异极大的工作场景。过去我们不得不用两台不同的激光器来分别驱动，光路复杂、维护成本高、切换耗时长。系统比选时我们最看重的是"单机能否覆盖 kHz 到 MHz 五档重频"，这一点镱镭在设计早期就明确写进了产品定义。实测数据让我们非常满意：脉宽在 1 kHz 下做到了 180 fs，比我们的 < 200 fs 规格更好；24 h 功率稳定性 0.1 % RMS，比我们过去接触的同档 Yb 主振优 10 倍；M² 全档基本在 1.07 附近——这些主机端指标直接决定了我们下游 HHG 与 OPA 输出的可用光子通量。特别是 1 MHz 高重频档下依然维持 21.9 W 平均功率与 μrad 级指向——这是我们此前没有见过的一体化性能。
镱镭的应用团队从销售联络单阶段就深度介入我们的实验台定义：168 mm 定制光高、光斑指向监测、密封光路、宽频护目镜全部按我们的需求提前落地；"单发 – 1 MHz"选单模块让我们同一张光学平台就能覆盖强场 THz、HHG、attosecond 与 MHz 高重频快扫四类实验。国产化的交期与性价比、可控的响应速度、开放的定制能力——这三点是我们把镱镭作为核心合作伙伴的决定性理由。后续我们还计划继续采购 MPC 脉宽压缩与 OPA + SHG 组合，希望在"主振 + 压缩 + 参量转换"全链路上与镱镭深度绑定。
过去十年，1030 nm Yb 飞秒激光已经成为高功率飞秒平台的事实标准。但真正把超快前沿科学（HHG、attosecond、强场 THz、双光子成像、光化学动力学、宽波段泵浦-探测）从实验室原型推向"通宵稳跑"的工程门槛，从来不是单一指标——而是要在同一台主振上同时满足五项交叉需求：
▪ ▶ 2 mJ 飞秒激光 —— 强场太赫兹（TPFP-LiNbO₃）、HHG、非线性 OPA 泵浦对能量的最低门槛，几乎都锁定在毫焦级；低于 mJ 的驱动源，整条实验链条的可用光子通量都要被迫牺牲。
▪ ▶ MHz 高重频 —— 面向 TA 快扫、attosecond 相位平均、生物光子学两光子成像等场景，重频每提高 10 倍，等效积分时间就压缩 √10 倍；从传统 1–100 kHz 提升到 1 MHz，是从"研究性平台"迈向"仪器级平台"的分水岭。
▪ ▶ 亚 200 fs 高峰值功率 —— 光整流、TPFP、HHG、多光子等非线性过程的转换效率随峰值光强 I_peak = E/(τ·A) 平方增长；把脉宽从 300 fs 压到 180 fs，相同能量下峰值光强直接翻倍，转换效率成倍提升。
▪ ▶ 科研泵浦源级稳定性 —— 无论是 OPA 参量下转换、还是 TA 差分信号采集，长期功率与指向稳定性直接决定基线噪声与信噪比；0.1 % RMS 与 μrad 级指向是"可发表数据"与"扫一晚上没数据"的临界。
▪ ▶ 超快激光工程化 —— 单机原生集成"单发–1 MHz 全速率选单"，同一张光学平台切换不同重频、不同能量工作模式的能力，是超快前沿平台走向"一机多路线"的核心工程。
镱镭飞秒 HELIOS-20W-HE 高能飞秒主机，正是围绕上述五项交叉需求做的旗舰级 CPA 平台——一次交付即打通"2 mJ 飞秒 + MHz 高重频 + 亚 200 fs + 科研级稳定"的组合天花板。
二、成功交付：五档重频一体化落地
近期，镱镭飞秒为某双一流高校超快前沿实验室成功交付了一套 HELIOS-20W-HE 高能飞秒主机。该实验室长期从事强场超快科学与新型超快诊断方向的研究，需要在同一台主振上同时兼容"高单脉冲能量 OPA / TPFP 泵浦（1–10 kHz）"与"MHz 高重频快扫（1 MHz）"两类差异极大的实验场景，对驱动源在"能量–脉宽–稳定性–重频灵活性"四维度都提出了极高的要求。
1.客户类型
某双一流高校超快前沿实验室，长期从事强场太赫兹辐射、高次谐波产生（HHG）、光化学反应中间体飞秒诊断、宽波段泵浦–探测（TA）等方向的研究工作，对驱动源在"高能量 + 高重频 + 高稳定"三合一维度上有严苛的科研级要求。
2.交付内容
■ HELIOS-20W-HE 高能飞秒主机：1030 nm Yb 全固态 CPA，2.16 mJ @ 10 kHz、21.6 W 平均功率、180.2 fs 亚 200 fs 短脉宽。
■ "单发 – 1 MHz"全速率脉冲选单模块（原生集成）：无需外置 EOM / AOM，即可在同一台主振上无损切换 1 k / 10 k / 50 k / 100 k / 1 MHz 五档重频。
■ 配套：光高 168 mm 定制适配、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
■ 强场太赫兹辐射（TPFP-LiNbO₃）—— 2.16 mJ 单脉冲 + 亚 200 fs 短脉宽正好落在光整流转换效率的甜点区间。
■ 高次谐波产生（HHG）与 attosecond 前端 —— 2 mJ 级毫焦驱动 + 6.88 μrad 指向稳定，满足 XUV 高次谐波长期积分需求。
■ OPA 参量下转换宽波段泵浦-探测（TA）—— 21.6 W / 10 kHz 提供充足的 OPA 泵浦预算，覆盖 315 – 2600 nm 全谱段探针。
■ MHz 高重频快扫超快诊断 —— 1 MHz 工作点直接支撑通宵级 TA 快扫、双光子成像、微腔非线性时间分辨等应用。
■ 后续可扩展：MPC 脉宽压缩至亚 40 fs、DFG 中红外延伸、多路 OPA 并行。
三、为什么选了镱镭飞秒？
本次采购前，实验室对多家 mJ 级 Yb 飞秒主振（含 MHz 高重频选项）方案做了严格的系统比选。最终选择镱镭飞秒 HELIOS-20W-HE，主要原因有以下四点：
■ 主机三项核心指标显著超规格：脉冲宽度规格 < 200 fs，实测 180.2 fs @ 1 kHz（超规格 10 %）；24 h 功率稳定性 0.1 % RMS，优于 < 1 % 规格 10 倍；指向稳定性 6.88 μrad，落在 μrad 级第一梯队水平。
■ 五档重频一次覆盖："单发 – 1 MHz"选单模块原生集成在主机内部，无需外置 EOM / AOM；1 k / 10 k / 50 k / 100 k / 1 MHz 五档参数全部通过出厂验证，客户可根据实验模式直接切换工作点，无需改动光路。
■ M² 全档接近衍射极限：1 kHz 下 M²x=1.085 / M²y=1.079，10 kHz – 1 MHz 下 M² 保持在 1.06 – 1.07 区间——TEM₀₀ 空间模式意味着下游 OPA 的相位匹配长度可以做到最长，非线性转换效率不被空间畸变拖累。
■ 亚 200 fs 的脉宽甜点：180 – 208 fs 全档脉宽落在 OPA 泵浦、TPFP、HHG 等非线性转换的最佳工作区间——短到可获得高瞬时峰值功率与高增益，长到不会触发 BBO / LiNbO₃ / 空气等介质的非线性损伤。
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–1 MHz 脉冲选单），直接二极管抽运。出厂报告在同一台主振上覆盖 1 k / 10 k / 50 k / 100 k / 1 MHz 五档重频完整验证，全部通过。
| 项目 | 1 kHz | 10 kHz | 50 kHz | 100 kHz | 1 MHz |
| 中心波长 | 1036.3 nm | 1036.3 nm | 1036.5 nm | 1036.7 nm | 1036.3 nm |
| 脉冲宽度 | 180.2 fs | 182.6 fs | 200.8 fs | 204.1 fs | 207.8 fs |
| 单脉冲能量 | 2.16 mJ | 2.16 mJ | 426 μJ | 214 μJ | 21.9 μJ |
| 平均功率 | 2.16 W | 21.6 W | 21.3 W | 21.4 W | 21.9 W |
| 24 h 功率稳定性 | 0.1 % RMS | 0.1 % RMS | 0.1 % RMS | 0.1 % RMS | 0.1 % RMS |
| 24 h 指向稳定性 | 6.88 μrad | 6.88 μrad | 6.88 μrad | 6.88 μrad | 6.88 μrad |
| 光束质量 M² x/y | 1.085 / 1.079 | 1.065 / 1.074 | 1.062 / 1.073 | 1.065 / 1.073 | 1.067 / 1.073 |
| 近场光束直径 | 4.56 mm | 4.86 mm | 5.54 mm | 5.61 mm | 5.71 mm |
| 预脉冲对比度 | 1000 : 1 | 1000 : 1 | 1000 : 1 | 1000 : 1 | 1000 : 1 |
| 偏振方向 | 竖直线偏振 | 竖直线偏振 | 竖直线偏振 | 竖直线偏振 | 竖直线偏振 |
| 光高 / 制冷 | 168 mm / 水冷 | 168 mm / 水冷 | 168 mm / 水冷 | 168 mm / 水冷 | 168 mm / 水冷 |
注：功率稳定性与指向稳定性数据在 10 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。所有数据严格按出厂测试报告执行。
*输出光谱：中心波长 1036 nm · 谱型对称稳定
10 kHz 主工作点下 HELIOS-20W-HE 输出光谱中心波长 1036.3 nm，-3 dB 谱宽约 8 nm，谱型接近对称高斯——无边带、无模式拍频。100 kHz 高重频工作点下中心波长稳定在 1036.7 nm，谱型基本一致——说明再生放大链路与选单模块协同良好，未引入二次模式结构。下方图 1 / 图 2 分别展示了 10 kHz 与 100 kHz 双工作点的输出光谱形态。
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| 图 1 ｜HELIOS-20W-HE 10 kHz 工作点输出光谱 · λc = 1036.3 nm | 图 2 ｜HELIOS-20W-HE 100 kHz 工作点输出光谱 · λc = 1036.7 nm |
*自相关脉宽：182.6 fs @ 10 kHz · 204.1 fs @ 100 kHz
10 kHz 主工作点自相关脉宽 182.6 fs（Gauss FWHM）——低于客户 < 200 fs 规格约 9 %，落在 OPA / TPFP / HHG 泵浦的最佳工作区间。100 kHz 高重频工作点下脉宽 204.1 fs，仅略微展宽——这一档"脉宽随重频微幅展宽"是 Yb 放大链路在高热负载下的典型行为，已属工业级 Yb-CPA 最优表现。下方图 3 / 图 4 分别展示了 10 kHz 与 100 kHz 双工作点的脉宽包络。
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| 图 3 ｜HELIOS-20W-HE 10 kHz 工作点自相关脉宽 · 182.6 fs FWHM | 图 4 ｜HELIOS-20W-HE 100 kHz 工作点自相关脉宽 · 204.1 fs FWHM |
*24 h 长时功率稳定性：0.1 % 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 0.1 % RMS（60F-DC-25U S/N: 224053160 功率计）。这一档稳定性优于 < 1 % 规格 10 倍——意味着后端 OPA / TPFP / HHG 等非线性转换过程的输出噪声主要来自非线性过程本身而非驱动源，能显著压低 TA 差分信号的基线噪声。下方图 5 曲线在长时间窗口内几乎平直、整段无可见热漂移。
*24 h 指向稳定性：6.88 μrad
在 F = 500 mm 透镜聚焦下连续监测 24 小时，质心 RMS = 3.44 μm，对应远场指向稳定性 6.88 μrad（WinCamD-LCM 光斑分析仪）。对下游 OPA / HHG 等非线性实验而言，泵浦光指向稳定性直接决定了 BBO / 气体喷嘴中的有效相位匹配长度——指向漂移在 10 μrad 量级已足以显著改变非线性转换效率与光谱形状。6.88 μrad 的水平基本消除了这类被动漂移对下游转换效率的影响。下方图 6 曲线展示了 X / Y 方向质心位置随时间的演化，全段稳定、无明显漂移。
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| 图 5 ｜HELIOS-20W-HE 10 kHz 工作点 24 h 长时功率稳定性 · 平均 21.6 W · RMS = 0.1 % | 图 6 ｜HELIOS-20W-HE 24 h 指向稳定性 · F = 500 mm 聚焦下 X/Y 质心 RMS = 3.44 μm · 6.88 μrad |
*五档 M² 全部接近衍射极限
BSQ-SQ920 M² 测量仪读取 1 k / 10 k / 50 k / 100 k / 1 MHz 五档下的光束质量：M²x 集中在 1.062 – 1.085、M²y 集中在 1.073 – 1.079——五档全部接近 TEM₀₀ 衍射极限。这一档光束质量意味着无论客户切换到哪个重频工作点，下游 OPA / HHG / TPFP 内的空间模式匹配都能维持最佳状态，非线性转换效率不会因空间畸变而系统性下降。
*亚 200 fs · 2 mJ 高峰值功率
结合 2.16 mJ 单脉冲能量与 182.6 fs @ 10 kHz 脉宽，峰值功率约 11 GW——这一水平已足以驱动强场太赫兹（TPFP-LiNbO₃ 峰值电场 > 500 kV/cm）、气体 HHG（Kr / Ar / Xe 全部截止波长内）与 mJ 级 OPA 参量放大（Signal + Idler 峰值转换效率 > 10 %）等前沿场景。1 kHz 下脉宽 180.2 fs、峰值功率进一步提升至 12 GW——这是超快前沿实验驱动源的高性能标杆。
五、应用工程亮点：定制光路布局 + 预留 OPA / MPC 扩展位
本次交付不仅是一台激光主机的到货，更是镱镭应用工程团队从"客户实验室未来 3 – 5 年扩展路线"出发所做的一次完整的系统级方案设计。客户在采购 HELIOS-20W-HE 主机的同时，已明确规划后续采购镱镭 AURORA 系列 OPA 与 HYPERION 系列 MPC（脉冲压缩），构建"主振 + 压缩 + 参量转换"三级链路。为让客户后续加装 OPA / MPC 时无需重排光学平台、无需重新对准主光路，镱镭应用团队在合同签署阶段即介入布局设计，为下游扩展预留了完整的物理空间与接口。“镱镭应用工程师从销售联络单阶段就深度介入客户实验台的定义：光高 168 mm 定制、光斑指向监测、密封光路、光路"爬低"设计、宽频护目镜——每一项都按客户实际集成方案定制。这是"主机 + OPA + MPC"全链路一体化交付理念的直接落地。”
*客户光学平台与镱镭定制布局
客户光学平台尺寸 1.5 m × 3 m，镱镭定制系统布局占用 1.8 m × 1.5 m（图 7 中红色虚线框区域）。同一张光学平台上一次性完成 HELIOS 主机 + 预留 HYPERION MPC 位 + 预留 AURORA OPA 位 + 客户 1030 nm 自用分光端口 —— 后期客户加装 MPC 与 OPA 时，仅需将设备置于预留位、按预设光路接入即可，无需重新对准主光路。
图 7 ｜镱镭定制光路布局图 · HELIOS 主机 + 预留 HYPERION MPC 位（未来加装）+ 预留 AURORA OPA 位（未来加装）+ 1030 nm 客户自用分光
*光路高度与光斑高度分层设计
多级链路之间光高的精确匹配，是一体化光路布局能否"即插即用"的关键。镱镭为本次交付设计了如下光路高度分层，保证主机、MPC、OPA 三级输出各自的光斑高度独立可调：
▪ HELIOS 主机出光：168 mm 光高，主输出经分光模块（BS）分出 1030 nm 客户自用臂
▪ HELIOS → HYPERION MPC：主机出光通过"爬低"结构从 168 mm 逐级降至 150 mm，进入 MPC 后压缩输出 < 50 fs 短脉宽，出射光高 115 mm
▪ HELIOS → AURORA OPA：主机分光后经"爬低"进入 OPA，输出 Signal（630 – 1030 nm）与 Idler（1030 – 2600 nm）双臂，光高均为 150 mm
▪ 3 台独立水冷机放置于光学平台之外，热噪声与振动源与主光路物理隔离
这种"光高分层 + 爬低设计 + 预留位"的一体化布局，直接把客户未来 3 – 5 年的扩展路线锁进出厂前的方案设计里 —— 从物理链路上避免了后期加装设备时常见的"光路碰撞、光高失配、平台空间不够"三大死角。
*现场交付与联调实景
下方图 8 展示了 HELIOS-20W-HE 主机在客户光学平台上的现场安装实景。整机尺寸完全落在预留区域内，主机侧面为水冷、电源、控制信号接口——所有接口位于同一侧，便于客户后期扩展 MPC / OPA 时的走线整齐。
图 8 ｜HELIOS-20W-HE 主机联调 · 出光端接口 + 上位机监控界面
六、客户怎么说？
我们的实验平台需要同时支撑"强场太赫兹与 HHG（需要 mJ 级 1 kHz / 10 kHz 高能泵浦）"与"MHz 高重频快扫 TA（需要 100 kHz – 1 MHz 高重频）"两类差异极大的工作场景。过去我们不得不用两台不同的激光器来分别驱动，光路复杂、维护成本高、切换耗时长。系统比选时我们最看重的是"单机能否覆盖 kHz 到 MHz 五档重频"，这一点镱镭在设计早期就明确写进了产品定义。实测数据让我们非常满意：脉宽在 1 kHz 下做到了 180 fs，比我们的 < 200 fs 规格更好；24 h 功率稳定性 0.1 % RMS，比我们过去接触的同档 Yb 主振优 10 倍；M² 全档基本在 1.07 附近——这些主机端指标直接决定了我们下游 HHG 与 OPA 输出的可用光子通量。特别是 1 MHz 高重频档下依然维持 21.9 W 平均功率与 μrad 级指向——这是我们此前没有见过的一体化性能。
镱镭的应用团队从销售联络单阶段就深度介入我们的实验台定义：168 mm 定制光高、光斑指向监测、密封光路、宽频护目镜全部按我们的需求提前落地；"单发 – 1 MHz"选单模块让我们同一张光学平台就能覆盖强场 THz、HHG、attosecond 与 MHz 高重频快扫四类实验。国产化的交期与性价比、可控的响应速度、开放的定制能力——这三点是我们把镱镭作为核心合作伙伴的决定性理由。后续我们还计划继续采购 MPC 脉宽压缩与 OPA + SHG 组合，希望在"主振 + 压缩 + 参量转换"全链路上与镱镭深度绑定。
—— 高校超快前沿实验室 · 课题组负责人
此次面向某双一流高校超快前沿实验室的成功交付，是镱镭飞秒 HELIOS-20W-HE 平台在"一机五档全速率"应用场景下的又一标杆案例。从 1 kHz 下 2.16 mJ 高单脉冲能量、到 10 kHz 下 21.6 W 高平均功率、再到 1 MHz 高重频下的 21.9 μJ 快扫工作模式——同一台主振在完全不改光路的前提下，可以在整整三个数量级的重频跨度上无缝切换，这在 Yb 飞秒平台上是较少见的一体化设计。从工程角度看，"MHz 高重频 + 亚 200 fs + 毫焦级能量 + μrad 指向 + 0.1 % RMS 长稳"这五项指标其实相互耦合、彼此制约——在同一台主振上把它们同时做到规格线附近甚至超越规格，是超快前沿科研平台走向"一体化仪器化"的物理天花板。此次交付验证了这一天花板可以被稳定量产、稳定复现，也是我们持续投入的方向。
如果您正在筹建 强场太赫兹 / HHG / attosecond / OPA 宽波段 TA / MHz 快扫超快诊断 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。