镱镭飞秒交付用于超快二维电子光谱学的高功率可调谐光源

二维电子光谱（2DES）是一种超快激光光谱技术，可以探测样品的电子、能量和空间结构，是研究各种材料系统中量子动力学的强大工具。2DES是核磁共振的光学类似物，核磁共振是一种彻底改变结构生物学的光谱技术，能够以高空间分辨率确定复杂的分子结构。2DES是“终极”时间分辨非线性光学实验，因为它提供了有关系统三阶非线性响应的最大信息量，并且任何其他三阶非线性光谱（如泵浦探头）都包含在2D光谱中。2DES 在具有多个相互作用组件的系统中显示其全部功能。2DES提供二维光谱，显示激发和检测频率之间的相关性，同时具有高光谱和时间分辨率。2DES可以剖析拥挤的光谱并揭示跃迁之间的分子连接，从而提供阐明样品整体功能的方法。^1）5）

二维电子光谱（上图a）是一种独特的实验技术，可提供高时间和频率分辨率。与其他技术不同，它能够在二维频率相关图中直接揭示耦合和能量传递机制（上图b），这使其成为研究超快（飞秒）时间尺度分子动力学的理想方法。²⁾

二维光谱学中使用两种光源：

二维光谱的直观解释是具有频率分辨的泵浦-探测实验，增加的变量描述了瞬态光谱对激发频率的依赖关系。由于该变量的引人，必须增加额外的时间扫描，使得时域外差测量方法远比频率分辨技术更难以实现。

为了观察整个可见区范围内宽谱域电子跃迁过程，实验中需采用宽带泵浦源如光参量放大激光(OPA)作为二维光谱的激发源。因而在可见区范围内，所要求的激光脉冲相位的稳定性以及脉冲间时间延时精度的控制远比近红外或红外区要难得多。³⁾

飞秒钛宝石放大器泵浦的NOPA.

目前最常规的光源是基于1kHz钛宝石激光器泵浦的非共线OPA。^4）

针对二维电子光谱（2DES）系统对光源的宽光谱范围和窄脉宽的要求，在历史上由于技术的限制，钛宝石激光泵浦的NOPA被广泛用作二维电子光谱（2DES）系统的光源。尽管钛宝石飞秒激光器存在结构复杂，维护困难，价格高昂，且与OPA结合使用后更不稳定性等缺点，但在可替代方案匮乏的情况下，科研人员只能尽力克服这些问题，并在实验前祈求装置运行顺利。因此，钛宝石激光泵浦的NOPA成为了二维电子光谱（2DES）系统的主流光源，被广泛使用。然而，随着科学技术的不断发展和进步，人们对于高精度、高稳定性的光学系统的需求也在不断增加，这就对二维电子光谱（2DES）系统的光源提出了更高的要求。

Yb激光放大器泵浦的OPA

为了应对钛宝石激光等各种潜在不利因素，越来越多的科研机构开始尝试使用掺Yb激光+OPA的组合作为二维电子光谱系统的光源。这个组合不仅可以提供更宽的波长调谐范围，对于<100fs/<50fs以内的脉冲宽度要求，我们如今也能够通过Yb激光+OPA的组合实现，确保最终输出的脉宽在百飞秒范围以内，这将显著提升二维电子光谱（2DES）系统的时间分辨精度。

此外，钛宝石激光光源的重复频率较低，通常在1kHz～10kHz之间，因此会对其数据采集的速度和信噪比产生重大影响，对应用范围有所限制。相比之下，掺Yb激光的重复频率远高于钛宝石激光，能够将重复频率从1kHz提升至100kHz甚至到1MHz。这一显著优势可以极大地提高实验结果的获取速度和效率，将原本需要一天的工作量缩短至几分钟之内。这一改进无疑将使您的工作更为高效。同时，由于重复频率的提升，信噪比也随之提升，从而有助于获得一个更加清晰的结果。

系统及主要参数介绍

好的，我们将回到主题，并详细探讨镱镭飞秒最新交付的高功率OPA系统的具体参数。

图一OPA信号光（左）和闲频光光谱（右）

OPA输出功率@1MHz

OPA信号光脉宽@770nm=43.1fs

OPA输出功率稳定性（RMS=0.92%@770nm @15小时 ）

在先前的讨论中已经提到，光参量放大器（OPA）是一种无源器件，其关键性能指标如输出效率和稳定性，受到前端泵浦激光器性能的显著影响。因此，大部分OPA供应商并不愿意为非本公司的激光器提供OPA及相关服务，这导致许多非激光器领域的用户必须投入大量的资源和努力去学习并构建相关设备。

为了向国内用户提供更全面的服务，我们——镱镭飞秒公司——已经成功研发出多款自研的Yb高功率超快激光器，这些激光器能够与我们的OPA进行良好的系统兼容。此外，我们也具备充分的能力和经验，能够适配市面上经过验证的飞秒激光器设备。

我们镱镭飞秒致力于提供优质、高性能的激光器产品和服务，以推动国内的科学研究和技术发展。

高功率窄脉冲可调谐OPA其他应用场景：

非线性显微学                           瞬态吸收光谱学

瞬态吸收显微学、时间分辨荧光光谱学、

用Z扫描实验技术测量光学材料的非线性折射率和非线性吸收系数、时间分辨的光发射光谱学、

高次谐波产生等

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。

参考资料：

1）Binz M, Bruder L, Chen L, Gelin M, Domcke W, Stienkemeier F
Effects of high pulse intensitiy and chirp in two-dimensional electronic spectroscopy
Opt Express, 2020

2）Landmesser F, Sixt T, Dulitz K, Bruder L, Stienkemeier F
Two-dimensional electronic spectroscopy of an ultracold gas
Opt. Lett. 48, 473-476 (2023)

3）Phase-modulated nonlinear coherent spectroscopy (PHANCY) — Molecular and Nanophysics (uni-freiburg.de)

4）Bangert U, Stienkemeier F, Bruder L
High-resolution two-dimensional electronic spectroscopy reveals the homogeneous line profil of chromophores solvated in nanoclusters
Nat Commun 13, 3350 (2022)

5）What Is Two-Dimensional Electronic Spectroscopy? (nireos.com)