镱镭飞秒成功交付用于驱动高次谐波及太赫兹的近红外长波飞秒OPCPA系统

长波近红外飞秒光源（1100-2500nm）在多个领域具有巨大的应用潜力。其深度穿透和与多种分子振动模式的相互作用使其在生物医学成像和光谱分析中特别有价值。此外，其在非线性光学、太赫兹辐射产生、量子信息处理和精密材料微加工中的应用也受到广泛关注。结合其在基础科学研究中的关键作用，这种光源预示着未来科研和工业应用中的广阔前景。以下是两个典型应用场景。

1.高次谐波产生EUV/XUV对光源的需求

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高次谐波产生是当气体原子暴露于强飞秒激光场中时，其电子首先通过隧道效应逸出，随后在激光电场中被加速并与原核发生再碰撞，放出高能量光子，产生高于初始激光频率的光谱。这种机制允许生成极端紫外线和软X射线，其潜在应用包括超短脉冲光源、时间分辨的分子动力学研究、以及为纳米尺度成像提供新的工具。

飞秒激光参数对高次谐波产生（HHG）有明确的要求，以确保有效的谐波产生。飞秒尺度的超短脉冲为高次谐波产生提供必要的峰值功率，其中关键电场强度为10^13到10^15 W/cm^2。线性偏振更有利于谐波产生，但可通过椭圆偏振进行调节。激光应聚焦于气体以增强效率，且更长的激光波长会导致更高阶的谐波产生，但是更长波对应的高次谐波效率将急速下降。

通过和客户的充分讨论，我们将该高次谐波驱动光源的中心波长定在1600nm, 从而达到效率和XUV波长的平衡点。

2.基于有机晶体的太赫兹产生对光源的需求

飞秒激光驱动有机晶体产生太赫兹辐射是近年来在太赫兹科学与技术领域的研究焦点之一。主要原理是飞秒激光诱导的非线性极化效应导致了电荷振荡，进而放出太赫兹辐射。有机晶体，如DAST等，因其具有较大的非线性系数，常常被用于作为太赫兹发射源。有机晶体产生太赫兹有如下优势：较大的带宽：与传统的半导体相比，有机晶体可以产生更宽带的太赫兹辐射；高效率：适当选择和优化的有机晶体可以实现较高的太赫兹发射效率；调谐能力：通过调整激光参数或选择不同的晶体，可以调谐太赫兹辐射的频率范围；

太赫兹辐射在许多领域都有潜在应用，包括生物医学成像、无损检测、通信技术等。使用飞秒激光驱动有机晶体产生的太赫兹源，为这些应用提供了一种强大且灵活的光源。

值得注意的是，DAST在1300-1700nm波段的非线性响应较高，因此通过和客户的充分讨论，将中心波长定于1600nm,同时开放给客户的可调谐功能，根据不同的场景选择不同的中心波长。

3.系统参数描述

从市场需求出发，我们研发和生产了一套高能量飞秒固体激光泵浦的飞秒OPCPA系统。型号参数和典型测量指标如下。

图1 OPCPA系统输出的光束质量
 

图2 OPCPA系统的指向稳定性

图3 泵浦激光和OPA之间配备近远场系统，严格监视指向稳定性
 

图4：将OPCPA倍频，测量脉冲宽度，进一步印证OPCPA输出参数稳定性

 
图5  OPCPA系统倍频后800nm的功率稳定性

该系统中的高能量短脉冲泵浦源和OPCPA均由镱镭飞秒独立研制，展示了镱镭飞秒自主可控的半导体泵浦再生放大技术、啁啾脉冲放大技术、光学参量放大以及各项工程化技术，践行公司和团队利用标准模块技术为客户提供定制化方案的实力，同时也展示了镱镭飞秒自研飞秒固体激光器在对泵浦参数极为敏感非线性过程中的优异表现。此外该系统也展示出镱镭飞秒从企业产品化的角度打破国外类似参数的科学仪器垄断，解决卡脖子问题的实力。

公司介绍

上海镱镭飞秒激光技术有限公司于2021年9月创立，源起于北京波量科技有限公司的研发部。我们专注于独立研发与生产，涵盖高功率飞秒固体激光器、全自动调谐飞秒光学参量放大器及非线性飞秒脉冲压缩系统等先进飞秒科学仪器与工业装备。

团队秉承“持续研发、科学为导、诚信透明、以客为尊”的核心价值观，肩负构建飞秒激光产业生态系统的宏伟使命，致力于成为飞秒科学仪器和飞秒工业应用的领跑者。