飞秒尺度的高能引擎：钛宝石飞秒激光与光参量放大器系统
在超快光谱学、太赫兹产生、飞秒微加工等前沿科研领域，精准、稳定、高能量的超快激光光源是探索瞬态过程与极端物理现象的关键工具。钛宝石飞秒激光器（Astrella）与光参量放大器（Astrella Opera Solo）的组合，正是为这类高要求应用而生的高性能系统。
钛宝石飞秒激光器（Astrella）
光参量放大器（Opera Solo）
一、系统构成
该系统主要由高能量钛宝石飞秒激光器（Astrella）、宽调谐光参量放大器（Opera Solo）与太赫兹时域光谱系统（THz-TDS）三大核心模块组成：
1.钛宝石飞秒激光器（Astrella）
采用钛掺杂蓝宝石晶体作为增益介质，产生飞秒量级的超短脉冲，并通过再生放大技术，在1 kHz重复频率下实现>7mJ的单脉冲能量输出。
2.光参量放大器（Astrella Opera Solo）
以Astrella输出的高能量飞秒脉冲作为泵浦源，通过非线性光学频率变换，将800nm固定波长扩展至从紫外（240nm）到中红外（15μm）的连续可调范围。
3.太赫兹时域光谱系统（THz-TDS）
利用飞秒激光器和Opera Solo输出的近红外/中红外飞秒脉冲（如1400–1500nm和800nm），通过光整流效应（在OH1、GaP等晶体中）激发产生宽带太赫兹脉冲。采用电光采样（EO sampling，如ZnTe晶体），同步探测太赫兹电场时域波形，通过傅里叶变换获得太赫兹频谱。通过高精度光学延迟线，扫描太赫兹脉冲的时域波形，并利用锁相放大器与系统同步，实现高信噪比的太赫兹时域信号采集。
二、工作原理
Astrella激光器首先通过振荡器产生飞秒种子脉冲，再经再生放大器进行能量放大，输出高能量、高光束质量的800nm飞秒激光。该激光进入Opera Solo光参量放大器后，通过非线性晶体中的参量过程产生信号光与闲频光，实现宽波段范围内的可调谐超快输出，满足不同材料与过程的激发与探测需求。Astrella输出的飞秒激光分为两路：一路作为泵浦光，经Opera Solo调谐至特定波长后激发太赫兹发射器；另一路作为探测光，通过时间延迟系统与太赫兹脉冲在探测晶体中相遇，通过电光采样记录太赫兹电场强度随延迟时间的变化，最终通过傅里叶变换获得太赫兹频谱（通常覆盖0.3–7THz以上）。
三、 设备核心参数
1.钛宝石飞秒激光器（Astrella）
单脉冲能量：＞7mJ@1kHz
重复频率：1kHz
脉宽：＜35fs
输出波长：800nm
光束质量：TEM00，M²＜1.25
2.光参量放大器（Opera Solo）
波长覆盖范围：240nm~15μm
输出能量（@50fs泵浦）：
2μm：＞4μJ@peak
1140–2600nm：＞220μJ@peak
580–1160nm：＞30μJ@peak
533–580nm：＞30μJ@peak
四、主要特点
单脉冲能量大：＞7mJ@1kHz，适用于强场物理与非线性光学研究。
脉宽窄：＜35fs，可分辨极快动态过程。
光束质量高：M²＜1.25，聚焦性能优异。
波长覆盖极广：240nm至15μm，一套系统覆盖紫外到中红外。
输出能量高：在近红外波段＞220μJ，满足时间分辨光谱与泵浦-探测实验需求。
五、应用场景
Astrella+Opera Solo系统广泛应用于：
超快光谱学：瞬态吸收、二维红外光谱、时间分辨荧光；
太赫兹产生与探测：强场太赫兹源、THz-TDS系统；
飞秒微加工：高精度透明材料加工、波导写入；
非线性光学：高次谐波产生、光参量过程研究；
量子材料与半导体动力学：载流子超快动力学、激子过程探测；
科研与教学：高级实验平台。
六、应用示例
下图展示利用钛宝石飞秒激光器与光参量放大器搭建的太赫兹探测系统及TDS-THz系统输出电场的时域与频域分布曲线。
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