人类探索微观世界超快过程的利器，正变得日益强大和精密。

奥创光子研发的少周期高功率飞秒激光系统，凭借脉冲宽度小于9fs、平均功率超 100W 的关键性能指标。

不仅为人类探索原子尺度动态过程提供了更高精度的“观测窗口”，更在基础科学前沿研究与未来高端产业技术开发中展现出独特的应用价值，推动微观操控技术向更高精度、更高效率方向突破。

打破传统技术瓶颈

创新级联混合方案

目前市面上产生极短飞秒脉冲（特别是小于9fs）的方案主要依赖于对现有激光器的输出进行非线性压缩。

常见的商用脉冲压缩技术主要包括两种多通腔（Multipass cells ，MPC）压缩和空芯光纤（Hollow core fiber, HCF）压缩。

但两者均存在显著性能短板，难以同时满足“高压缩比、低损耗、宽光谱、少周期稳定输出” 的综合需求。

MPC（多通腔）系统

MPC（多通腔）系统的主体由一系列高损伤阈值（LIDT）和高反射率（R > 99.9%）的凹面反射镜构成。通过精确的模式匹配设计，可在腔内实现损耗小于5%的光谱展宽效率。

色散补偿部分采用基于无光栅结构的GTI（Gires-Tournois）型反射镜，该器件具备大啁啾补偿能力，可有效避免传统光栅引入的衍射损耗。基于全反射镜的光路设计，最终可实现30倍以上的脉冲压缩比，且总透过效率高于90%。

该系统典型的压缩效果图

MPC输出光谱，使用多片楔形片进行采样后用宽谱积分球收集光谱测量获得

MPC输出自相关测试结果，压缩后脉冲宽度为33fs

MPC输出光斑分布

为了保护后级HCF端面进一步的在MPC出射处加装了自动指向稳定装置，经过稳定后的光束落点分布如图所示

光束稳定装置效果对比，开启前（左图）在汇聚透镜300mm时落点位置x方向的RMS为2.68um，y方向的RMS为3.03um，开启后（右图）落点x方向RMS为0.4um，0.2um

然而，MPC 技术存在固有局限：

一是光路传输距离长，对系统安装调试精度要求极高；

二是核心元件镀膜工艺复杂，需满足宽光谱高反射特性，成本与技术门槛较高；

三是压缩至少周期时易出现脉冲波形畸变，难以稳定输出极短脉冲。

HCF（空芯光纤）系统

HCF（空芯光纤）系统采用特殊设计的光纤保护帽以确保接口长时间工作稳定，并引入主动冷却技术有效抑制HCF中的气体湍流。

色散补偿部分使用经过GDD（群延迟色散）和TOD（三阶色散）优化设计的啁啾镜，能够精确调控脉冲相位。最终可实现3倍以上且透射效率高于90%的脉冲压缩效果。

HCF系统典型的压缩性能图

但HCF技术的短板同样明显：

一是压缩比远低于 MPC，难以实现少周期脉冲输出；

二是光束在光纤内传输损耗相对较高，对高功率激光的能量利用率形成制约。

针对传统压缩技术的性能瓶颈，奥创光子创新性提出的级联混合压缩方案，通过"MPC+HCF" 的巧妙组合，成功实现了两种技术的优势互补。该方案使用奥创光子的高功率200W，2mJ飞秒激光器作为驱动源，通过多级压缩实现了从初始脉冲到少周期脉冲的高效压缩。

核心应用突破

赋能前沿科技领域

奥创光子少周期高功率飞秒激光系统，凭借独特的技术优势，为极紫外/ 真空紫外光源、阿秒科学、泵浦 - 探测光谱等前沿领域提供了革命性工具，推动相关研究与应用向更深层次发展。

极紫外与真空紫外光源

该系统产生的极紫外与真空紫外光源（VUV/XUV Laser Systems）为台面式相干光源应用开辟了新路径，小于9fs的脉冲是产生高次谐波（HHG），从而获得台面式、相干性好的VUV/XUV波段激光的理想驱动源。

大幅降低了极紫外光源的应用门槛，为光刻技术、材料表面分析、等离子体物理研究提供了紧凑化、高性价比的光源解决方案。

气体中产生高次谐波装置示意图

阿秒科学与条纹相机

小于9fs特别是接近单周期或少光学周期的激光脉冲，是产生阿秒（1 as = 10⁻¹⁸ s）脉冲的关键。

阿秒脉冲允许科学家在电子运动的自然时间尺度上（例如电子绕原子核运动）进行观测和操控，即“阿秒科学”。

“条纹相机”技术则利用这些超快脉冲来精确测量其他极快过程的时间信息。可推动量子动力学、光化学反应机制等领域的研究突破。

阿秒高分辨率傅里叶变换光谱设置示意图

泵浦-探测光谱

泵浦-探测光谱（Pump-Probe Spectroscopy）这种技术通过一束激光脉冲（泵浦）激发样品，另一束延迟的脉冲（探测）来探测样品随时间的演化。

小于9fs的时间分辨率使得直接观测原子尺度的超快动力学过程成为可能，例如电子-声子耦合、相干玻色子激发和激光诱导的新奇量子态近期发展的低温在线原位高压超快光谱实验装置更是将此类研究拓展至极端条件，对于理解复杂量子材料至关重要。

此外，该技术在生物医学成像中也展现出潜力，如泵浦-探测光声光谱能有效抑制生物组织背景干扰，实现对特定荧光蛋白的高对比度成像和微环境监测。

工具哲学

推动飞秒技术产业化

飞秒激光技术的每一次突破都伴随着人类认知边界的拓展。奥创光子的级联混合压缩方案不仅是一项技术创新，更代表着一种新的工具哲学—— 通过整合现有技术的优势，创造出 1+1>2 的系统级突破。

90% 的透过效率意味着更少的能量浪费，30 倍的压缩比打开了观测微观世界的新窗口，而纳米级的光束稳定性则为工业量产提供了可靠保障。

从捕捉电子运动的瞬间，到制造纳米级的精密器件，这项技术正在成为推动材料科学、量子信息、先进制造等前沿领域发展的关键力量。

奥创光子的少周期高功率飞秒激光系统，正助力人类在操控微观世界的征程中，迈出更加精准的一步。

转自：奥创光子

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