成功交付 | 镱镭飞秒中红外系统跨洋交付赋能海外顶尖高校超快中红外光谱前沿

2026.08.21

一、飞秒中红外系统在超快光谱前沿的角色
中红外（MIR，2 – 20 μm）是分子振动能级密集分布的谱段——C-H 伸缩振动在 3.3 μm、C=O 伸缩在 5.8 μm、蛋白质酰胺 I / II 带在 6 – 6.5 μm、DNA 磷酸骨架在 9.5 μm、无机氧化物 M-O 声子模在 10 – 20 μm。这段光谱在分析化学里被称为"分子指纹区"，是判断分子结构、构象、化学键状态最直接的窗口。

把飞秒时间分辨引入这一谱段，就打开了一系列前沿超快光谱工具：飞秒中红外瞬态吸收（TA-MIR）、瞬态振动光谱（TVS）、和频光谱（VSFG）、光合系统能量传递、光敏蛋白构象翻转、催化界面反应中间体、太阳能电池载流子-声子耦合……这些实验都要求驱动源同时具备：

▪ 高功率飞秒主机 —— mJ 级 Yb-CPA 驱动，为 OPA + DFG 全链路提供充足的能量预算
▪ OPA 参量下转换 —— 提供 630 – 2600 nm 的 Signal + Idler 双臂，是 DFG 的注入源
▪ SHG 二倍频扩展 —— 把波段延伸到 315 – 630 nm 紫外–可见，兼容电子跃迁类实验
▪ DFG 差频扩展 —— 把 OPA 的 Signal - Idler 频差映射到中红外，覆盖 2 – 16 μm 分子振动谱段
▪ 宽波段调谐 + 长时稳定 —— 一台设备覆盖 UV 到远中红外六个数量级的波段跨度；亚千分之一稳定性支撑通宵级 TA 差分信号采集

镱镭飞秒本次跨洋交付的 HELIOS-40W-HP + AURORA-HE OPA + 独立 SHG + 独立 DFG1 + 独立 DFG2 五台设备一体化方案，正是围绕这一交叉需求做的高端超快中红外光谱平台——315 nm 到 16 μm 的完整波段覆盖，让分子指纹区实验的谱段能力从"到 5 μm"直接推到"到 16 μm"。

二、跨洋交付：五台设备一体化方案落地
本次交付面向某海外顶尖高校超快光谱前沿课题组，该课题组长期从事凝聚态材料光物理、二维材料激子动力学、有机分子振动光谱、生物分子指纹区中红外光谱学等方向的研究工作，对上游驱动源在波段覆盖、能量、脉宽与长时稳定性上均有严苛要求，特别是需要覆盖到 10 μm 以上远中红外的分子指纹段——这一档过去往往被视作 QCL 或 FEL 大科学装置的专属领地，飞秒台面级方案能实现的很少。

1.客户类型：
某海外顶尖高校超快光谱前沿课题组，聚焦飞秒中红外光谱、瞬态振动光谱（TVS）、和频光谱（VSFG）、二维材料激子动力学、光敏蛋白构象研究、催化界面反应中间体等方向。

2.交付内容：
▪ HELIOS-40W-HP 高功率飞秒主振：1030 nm Yb 全固态 CPA，44.2 W 平均功率、100 kHz / 442 μJ / 199.4 fs、24 h 长稳 0.04 % RMS、M² < 1.11
▪ AURORA-HE 高能飞秒 OPA：Signal 630 – 1030 nm + Idler 1030 – 2600 nm 全段连续调谐，接受 30.9 W / 309 μJ 泵浦
▪ 独立 SHG 二倍频模块：接入 OPA Signal / Idler 输出，提供 SHS 315 – 515 nm 深紫外 + SHI 515 – 630 nm 可见延伸
▪ 独立 DFG1 差频模块：2.2 – 4.1 μm 中红外覆盖（C-H / C=O 伸缩振动核心段）
▪ 独立 DFG2 差频模块：4 – 16 μm 远中红外覆盖（覆盖蛋白质酰胺 I / II 带、DNA 磷酸骨架、无机声子模等分子官能团指纹区）
▪ 配套：宽频激光防护护目镜、密封光路、光斑指向监测、跨洋物流与远程联调支持

3.覆盖的核心研究方向
▪ 飞秒中红外瞬态吸收（TA-MIR）——DFG1 + DFG2 覆盖 2 – 16 μm 分子振动带，用于催化中间体、光化学反应动力学的指纹区探针
▪ 瞬态振动光谱（TVS）——蛋白质酰胺 I / II 带（1600–1700 cm⁻¹）、DNA 磷酸骨架（1050 cm⁻¹）等生物大分子构象飞秒动力学
▪ 二维材料激子与声子耦合——OPA Signal / Idler 覆盖 TMD 激子峰，DFG 覆盖低频声子模
▪ 钙钛矿与量子点带边光物理——OPA Signal 直接覆盖带边与激子吸收
▪ 有机光伏 CT 态与半导体带间跃迁——Idler 1030 – 2600 nm 覆盖 SWIR 全段

三、为什么选了镱镭飞秒？
本次采购前，该课题组对全球多家 40 W 级 Yb 飞秒主振 + 宽调谐 OPA + SHG + DFG 全链路方案做了严格比选。最终选择镱镭飞秒 HELIOS-40W-HP + AURORA-HE + 独立 SHG + 独立 DFG1 + 独立 DFG2 五台设备组合，主要有四个理由：

📍 一次交付即覆盖 315 nm – 16 μm 全谱段：六路输出（Signal + Idler + SHS + SHI + DFG1 + DFG2）无缝拼接，从近紫外到远中红外分子指纹区都在同一台设备的调谐范围内——特别是 DFG2 把波段延伸到 16 μm，覆盖了 QCL / FEL 大科学装置才能触及的分子官能团指纹段
📍 主振稳定性业内一流：24 h 功率稳定性 0.04 % RMS、M² < 1.11——直接决定下游 OPA / SHG / DFG 转换效率与长时可复现性
📍 转换效率超规格：Signal 峰值 10.4 %、Idler 峰值 6.4 %、SHS 峰值 3.6 %、DFG1 峰值 5.3 %——四项主要指标同时通过并超额，为 TA-MIR 差分信号提供充足的中红外光子通量
📍 跨洋交付与远程联调经验：镱镭应用团队从合同签署阶段即介入客户端光学平台的空间与光路规划，跨洋物流后完成远程联合调试——五台设备的接口偏振、色散、光高全部由镱镭在出厂端做统一标定

四、硬指标
HELIOS-40W-HP 主机
HELIOS-40W-HP 采用 Yb 全固态 CPA 架构（再生放大 + 多通放大），直接二极管抽运。100 kHz 主工作点下平均功率 44.2 W、单脉冲能量 442 μJ、脉宽 199.4 fs（亚 200 fs）、中心波长 1037.9 nm。下方图 1 – 图 6 展示了主机在 100 kHz 与 1 MHz 双档下的光谱、脉宽以及 24 h 长稳与指向稳定性。


图 1 ｜HELIOS-40W-HP 100 kHz 工作点输出光谱 · 中心波长 1037.9 nm	图 2 ｜HELIOS-40W-HP 1 MHz 工作点输出光谱

图 3 ｜HELIOS-40W-HP 100 kHz 工作点自相关脉宽 · 199.4 fs FWHM	图 4 ｜HELIOS-40W-HP 1 MHz 工作点自相关脉宽 · 205.9 fs FWHM

图 5 ｜HELIOS-40W-HP 100 kHz 工作点 24 h 长时功率稳定性 · 平均 44.2 W · RMS = 0.04 %	图 6 ｜HELIOS-40W-HP 100 kHz 工作点 24 h 长时指向稳定性· 1.91 μrad · RMS = 0.955 μm

AURORA-HE OPA + 独立 SHG + 独立 DFG1 + 独立 DFG2
本次交付的可调谐光源系统由 HELIOS-40W-HP 主机 + AURORA-HE OPA + 独立 SHG 二倍频模块 + 独立 DFG1 差频模块 + 独立 DFG2 差频模块共五台设备协同组成，均为 Y-LASER 自研产品。AURORA-HE OPA 内部采用「白光种子 + 多级 BBO 参量放大」架构，由 HELIOS-40W-HP 主机 100 kHz / 309 μJ 直接泵浦；OPA 输出的 Signal / Idler 分别接入独立 SHG / DFG1 / DFG2 模块，实现波段扩展。下方按 "Signal → Idler → SHS → SHI → DFG1 → DFG2 → 全段调谐功率曲线" 顺序，依次展示核心出厂数据。

项目	实测值	规格 / 备注
驱动激光器	HELIOS-40W-HP @ 100 kHz / 44.2 W / 199.4 fs	主振分光泵浦（用于 OPA 部分 309 μJ / 30.9 W）
注入端脉宽	199.4 fs @ 1037.9 nm	来自主振
信号光调谐范围	630 – 1030 nm 连续	规格 630 – 1030 nm ✓
闲频光调谐范围	1030 – 2600 nm 连续	规格 1030 – 2600 nm ✓
SHS 深紫外调谐范围	315 – 515 nm 连续	信号光倍频
SHI 可见调谐范围	515 – 630 nm 连续	闲频光倍频
DFG1 中红外调谐范围	2.2 – 4.1 μm 连续	差频（3 – 4 μm 分子指纹核心段）
DFG2 远中红外调谐范围	4 – 16 μm 连续	差频（覆盖分子官能团指纹区 6 – 12 μm）
信号光峰值转换效率	10.4 % @ 700 nm	峰值 3220 mW
闲频光峰值转换效率	6.4 % @ 1100 nm	峰值 1921 mW
SHS 峰值转换效率	3.6 % @ 400 nm	峰值 1113 mW
SHI 峰值转换效率	2.63 % @ 550 nm	峰值 815 mW
DFG1 峰值转换效率	5.3 % @ 2900 nm	峰值 1640 mW
DFG2 峰值转换效率	0.4 % @ 7000 nm	峰值 125 mW
24 h 长时功率稳定性	0.55 % RMS @ 780 nm	优于规格 < 1 % RMS
输出偏振	竖直线偏振	竖直线偏振

注：主机烤机时长口径统一为 24 h；所有 OPA / SHG / DFG 输出数据严格按出厂测试报告执行。

*优势 1 · OPA Signal 调谐光谱：630 – 1030 nm 连续覆盖
下方图 7 展示了 AURORA-HE 信号光在 630 – 1030 nm 范围内步进扫描的输出光谱——24 + 个中心波长的光谱峰形完整、峰值幅度均匀、相邻波长光谱无明显畸变。峰值转换效率 10.4 % @ 700 nm、峰值功率 3220 mW，为下游 TA 泵浦-探测提供充裕的可见–近红外光子通量（如海 / 复享光谱仪测量）。

*优势 2 · OPA Idler 调谐光谱：1030 – 2600 nm 连续覆盖
下方图 8 展示了 AURORA-HE 闲频光在 1030 – 2600 nm 范围内步进扫描的输出光谱——覆盖近红外与短波红外两个关键谱段。峰值转换效率 6.4 % @ 1100 nm、峰值功率 1921 mW（复享 NIR25S 光谱仪测量），是 DFG 差频过程的关键"种子源"。


图 7 ｜AURORA-HE OPA 输出调谐光谱 · Signal 630 – 1030 nm 步进扫描	图 8 ｜AURORA-HE OPA 输出调谐光谱 · Idler 1030 – 2600 nm 步进扫描

*优势 3 · SHG 深紫外扩展（SHS）：315 – 515 nm
下方图 9 展示了独立 SHG 二倍频模块对 OPA 信号光倍频后的输出光谱——覆盖 315 – 515 nm 深紫外–可见段。这一档 UV 是 π–π* 电子跃迁、金属配合物 MLCT、催化中间体 UV 吸收窗口的关键谱段。峰值 SHS 转换效率 3.6 % @ 400 nm、峰值功率 1113 mW。

*优势 4 · SHG 可见延伸（SHI）：515 – 630 nm
下方图 10 展示了独立 SHG 二倍频模块对 OPA 闲频光倍频后的输出光谱——覆盖 515 – 630 nm 可见段，填补了 Signal 630 nm 与 SHS 515 nm 之间的可见段空白。峰值 SHI 转换效率 2.63 % @ 550 nm、峰值功率 815 mW，适用于生物发色团、光敏蛋白、荧光探针激发态动力学等实验。


图 9 ｜立 SHG 模块 · SHS 输出调谐光谱 · 315 – 515 nm 深紫外–可见延伸	图 10 ｜独立 SHG 模块 · SHI 输出调谐光谱 · 515 – 630 nm 可见延伸

*优势 5 · DFG1 中红外扩展：2.2 – 4.1 μm ★ 分子振动核心段
下方图 11 展示了独立 DFG1 差频模块的输出光谱——覆盖 2.2 – 4.1 μm 中红外段，涵盖 C-H 伸缩振动（3.3 μm）、O-H 伸缩振动、N-H 伸缩振动、C=O 伸缩振动（5.8 μm 附近的谐频）等最基础的分子振动指纹带。峰值转换效率 5.3 % @ 2.9 μm、峰值功率 1640 mW——为催化中间体、光化学反应、TA-MIR 提供充足的中红外光子通量（复享 FTIR / Fastlite FTIR 光谱仪测量）。

*优势 6 · DFG2 远中红外扩展：4 – 16 μm ★ 分子官能团指纹区
下方图 12 展示了独立 DFG2 差频模块的输出光谱——覆盖 4 – 16 μm 远中红外段，直接覆盖蛋白质酰胺 I / II 带（6 – 6.5 μm）、DNA 磷酸骨架（9.5 μm）、无机氧化物声子模（10 – 20 μm 边缘）等分子官能团指纹带。这一档波段过去往往被视作 QCL 与 FEL 大科学装置的专属领地，能在同一台飞秒台面平台上通过 OPA + DFG 直接给出，是本次交付相较常规 315 – 2600 nm OPA + SHG 系统的核心差异化能力。峰值转换效率 0.4 % @ 7 μm、峰值功率 125 mW（Fastlite FTIRzz 光谱仪测量）。


图 11 ｜独立 DFG1 模块 · 中红外输出调谐光谱 · 2.2 – 4.1 μm	图 12 ｜独立 DFG2 模块 · 远中红外输出调谐光谱 · 4 – 16 μm

*优势 7 · 全谱段调谐曲线：一张图看懂 315 nm – 16 μm
下方图 13 汇总了 Signal + Idler + SHS + SHI + DFG1 + DFG2 六路输出随波长的功率分布——横轴覆盖 315 nm 到 16 μm 六个数量级的波段跨度。六路无缝拼接，一张图直观展示"一台设备打通 UV → VIS → NIR → SWIR → MIR → LWIR 六大谱段"的宽带能力。

图 13 ｜AURORA-HE OPA + SHG + DFG1 + DFG2 全谱段调谐功率曲线 · 315 nm – 16 μm

五、客户怎么说？
我们的实验平台需要在同一台驱动源上同时覆盖近紫外（π–π* 跃迁）、可见（生物发色团）、近红外（钙钛矿带边）以及最重要的——中红外分子振动谱段（尤其是 6 – 12 μm 的分子官能团指纹区）。过去要用三到四套不同的光源才能覆盖，光路复杂、维护成本高。系统比选时我们最看重的是"是否能在同一台驱动源上同时给出 UV / VIS / NIR / SWIR / MIR / LWIR 六大谱段"，镱镭这一整套五台设备方案是我们比选过的候选中唯一能同时打勾的。实测数据非常令人满意：Signal 峰值 3220 mW（10.4 %）、Idler 峰值 1921 mW（6.4 %）、SHS 峰值 1113 mW、SHI 峰值 815 mW、DFG1 峰值 1640 mW @ 2.9 μm、DFG2 覆盖 4 – 16 μm 分子指纹区——五路主要指标同时通过。特别是 DFG2 把波段延伸到 16 μm，让我们做蛋白质酰胺 I / II 带（1600 – 1700 cm⁻¹）与 DNA 磷酸骨架（1050 cm⁻¹）等生物大分子振动的飞秒动力学时，不再需要额外借用同步辐射光源。主机 24 h 长稳 0.04 % RMS 是我们此前对比过的所有同档 Yb 主机里最出色的一档。

镱镭的应用团队从签合同阶段就深度介入我们的实验台定义、光路布局与光高定制；跨洋物流之后通过远程视频完成了大部分联合调试工作，节省了大量对齐时间。国产化的性价比与交期灵活度，加上跨洋交付+远程调试的能力，让我们把镱镭作为超快中红外光谱平台的核心合作伙伴。

—— 某海外顶尖高校超快中红外光谱前沿课题组

此次跨洋交付面向某海外顶尖高校超快中红外光谱课题组，是镱镭飞秒 HELIOS-40W-HP + AURORA-HE OPA + 独立 SHG + 独立 DFG1 + 独立 DFG2 五台设备组合在"40 W 主机 + 六路输出 + 315 nm – 16 μm 全谱段"应用场景下的又一标杆案例。DFG2 模块把波段延伸到 16 μm 远中红外分子官能团指纹区——这是飞秒台面级平台从"UV / VIS / NIR / SWIR / MIR 五段覆盖"迈向"UV / VIS / NIR / SWIR / MIR / LWIR 六段覆盖"的关键工程一步。从工程角度看，40 W 高功率主机 + 五台协同设备一体化交付的价值远不止"波段更宽"——更在于关键指标可以在整条链路上系统性优化：主机 0.04 % RMS 的长稳完整透传到 OPA 输出端、SHG / DFG 与 OPA 的接口偏振与相位匹配由 Y-LASER 应用团队从出厂端做统一标定、六路输出的空间与光高在跨洋交付前后由同一支应用团队做闭环调试。这些细节从物理链路上保证了 TA-MIR 差分信号的基线噪声可控。

如果您正在筹建飞秒中红外光谱 / TA-MIR / TVS / VSFG / 生物分子指纹区飞秒动力学 / 催化中间体飞秒诊断等实验平台，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。

成功交付 | 40W高功率飞秒可调谐光源赋能某双一流高校超快光谱前沿实验室

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