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微光譜應(yīng)用|光纖光譜儀輕松搞定飛秒激光測量

閱讀：55 發(fā)布時(shí)間：2026-8-6

飛秒激光，作為超快激光領(lǐng)域的代表性技術(shù)，正不斷拓展人類對科學(xué)探索的邊界。

啁啾脈沖放大（CPA）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)飛秒激光高能量、高峰值功率輸出的核心技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的核心邏輯是：先把飛秒脈沖在時(shí)間上展寬以降低峰值功率，再安全放大后壓縮回極短的脈寬，從而獲得超高的峰值功率。而這條「脈沖展寬——非線性放大——脈沖壓縮」的技術(shù)鏈中，精準(zhǔn)測量飛秒脈沖的光譜特性，一直是研究人員繞不開的挑戰(zhàn)。

為什么飛秒激光需要光譜測量？

飛秒（femtosecond）是10^-15秒，光在1秒內(nèi)可繞地球7圈半，而1飛秒傳播的距離約為頭發(fā)直徑的1/200^[1]。將如此巨大的能量壓縮在如此短暫的時(shí)間內(nèi)，正是飛秒激光的魅力和難度所在。

要理解光譜測量的必要性，得先從飛秒激光的一個(gè)核心物理規(guī)律說起：脈沖越窄，光譜帶寬越寬，這正是傅里葉變換極限的本質(zhì)：時(shí)域脈寬與頻域帶寬互為反比，乘積受到不確定性原理的約束。要把光能壓縮進(jìn)極窄的時(shí)間窗口，必須用大量不同頻率（顏色）的光來構(gòu)造這個(gè)短脈沖。一個(gè)10飛秒的脈沖，其光譜寬度可達(dá)上百納米——這正是鈦寶石激光器擁有200 nm以上增益帶寬的根本原因。想要獲得用于激發(fā)高次諧波的少脈沖高能量飛秒脈沖，光譜覆蓋范圍必須達(dá)到上百納米甚至更寬。

在飛秒激光系統(tǒng)中，光譜的每一個(gè)特征都決定了系統(tǒng)的最終性能：

光譜的帶寬決定了脈沖的極限寬度

光譜的形狀決定了脈沖能否被完美壓縮

光譜的中心波長決定了激光與物質(zhì)相互作用的過程

飛秒激光的光譜測量，難在哪里？

速度

飛秒激光的光譜測量，本質(zhì)上測量一個(gè)寬帶光譜。傳統(tǒng)的臺式光譜儀雖然精度高，但其機(jī)械掃描逐點(diǎn)獲取光譜的方式，速度慢、無法實(shí)時(shí)響應(yīng)。在 CPA 系統(tǒng)的調(diào)試過程中，研究人員需要實(shí)時(shí)監(jiān)測光譜形態(tài)的變化——展寬器是否引入了過多的非線性啁啾？放大過程是否產(chǎn)生了光譜窄化？這些都需要一次成譜的測量能力，而非逐點(diǎn)掃描的方式。

原位與在線

飛秒激光器的調(diào)試和優(yōu)化是一個(gè)動態(tài)過程，光路調(diào)整、環(huán)境溫度變化、泵浦功率波動，都會實(shí)時(shí)反映在光譜上。研究人員需要原位、在線的實(shí)時(shí)光譜反饋，且能夠直接集成在激光系統(tǒng)中。傳統(tǒng)的臺式光譜儀體積龐大，無法融入緊湊的光路布局，而光纖光譜儀小巧靈活，可通過光纖直接耦合到光路中，實(shí)現(xiàn)對激光光譜的原位實(shí)時(shí)監(jiān)測。

長期穩(wěn)定性

飛秒激光器的價(jià)值不僅在于能產(chǎn)生多短的脈沖，更在于能否連續(xù)穩(wěn)定地工作。在超快光學(xué)應(yīng)用中，激光器往往需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)。任何光譜形態(tài)的漂移（如中心波長偏移、帶寬變化、光譜畸變）都會直接影響結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。操作人員需要長時(shí)間、不間斷地監(jiān)控激光光譜，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修正漂移，確保激光器始終處于最佳狀態(tài)。這意味著，光譜儀本身必須具備極低的溫漂、優(yōu)異的穩(wěn)定性和可靠的長時(shí)間連續(xù)采集能力。

對于飛秒激光這種寬光譜、超快的特性，具備原位、在線、一次成譜的微型光纖光譜儀幾乎是唯一選擇。

海洋光學(xué)光譜儀：

為飛秒激光提供精準(zhǔn)光譜測量

作為微型光纖光譜儀的發(fā)明者，海洋光學(xué)深耕光譜測量領(lǐng)域幾十年，產(chǎn)品線覆蓋飛秒激光涉及的幾乎所有波段。更重要的是，我們的光譜儀從設(shè)計(jì)之初就為原位在線與長期穩(wěn)定測量而生。海洋光學(xué)提供的不僅是一臺儀器，更是一套為超快激光定制的診斷系統(tǒng)。

原位測量：光纖引入設(shè)計(jì)，不占用空間，不干擾光路布局。

外部觸發(fā)：支持與飛秒激光器同步采集，精準(zhǔn)捕捉每一個(gè)脈沖的光譜信息。

穩(wěn)定不掉線：內(nèi)置快門可實(shí)時(shí)扣除暗噪聲，有效抑制基線漂移，配合OceanDirect SDK的連續(xù)采集模式，可實(shí)現(xiàn)無人值守的長時(shí)間穩(wěn)定在線監(jiān)控。

可測參數(shù)：

中心波長

光譜帶寬（FWHM）

光譜形態(tài)

波長與功率穩(wěn)定性

高階光譜分量（HHG）

針對不同波段與應(yīng)用場景，

海洋光學(xué)可提供對應(yīng)的產(chǎn)品組合：

鈦寶石飛秒激光系統(tǒng)：HR系列光譜儀可提供高分辨率檢測

OPCPA飛秒系統(tǒng)：NR系列近紅外光譜儀，覆蓋 OPA/OPCPA 系統(tǒng)核心波段，為寬帶參量放大提供精確光譜反饋

弱光與高次諧波表征：QE Pro系列高靈敏度光譜儀，配備低噪聲探測器和制冷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)弱信號的高靈敏度檢測

激光測量采樣套件：積分球

激光具備強(qiáng)方向性與高能量密度，直接耦合光纖易引入測量誤差甚至損傷探測器；通過積分球?qū)崿F(xiàn)光束空間勻化與能量衰減，可消除方向性干擾，保證激光光譜測量的準(zhǔn)確性與設(shè)備安全性。

QE Pro系列

高靈敏度光譜儀

近紅外光譜儀

HR系列

高分辨率光譜儀

激光測量采樣套件：積分球

總結(jié)

無論您的激光工作在哪個(gè)波段、需要怎樣的分辨率和靈敏度，海洋光學(xué)都能提供靈活、可靠的定制化方案。

飛秒激光技術(shù)的每一次突破，背后都離不開對光譜的精準(zhǔn)測量與診斷。光譜儀不是飛秒激光系統(tǒng)的主角，但卻是不可或缺的診斷工具。海洋光學(xué)以幾十年的技術(shù)積累、完整的產(chǎn)品線和靈活的定制能力，為超快激光領(lǐng)域的科研工作者和工業(yè)用戶提供值得信賴的光譜測量工具。

參考文獻(xiàn)

蔡萌.超快激光電子動態(tài)調(diào)控微納制造新方法——記北京理工大學(xué)“非硅微納制造"創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)[J].中國科技獎勵, 2017(12):2.DOI:10.3969/j.issn.1672-903X.2017.12.020.

微光譜應(yīng)用|光纖光譜儀輕松搞定飛秒激光測量

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