脉冲宽度

中国计量科学研究院超短脉冲激光测量研究取得突破性进展　　我国飞秒脉冲激光参数准确度国际领先　　日前，由中国计量科学研究院承担的国家“十一五”科技支撑课题“飞秒脉冲激光参数测量新技术研究”通过专家验收。该课题自主研制的飞秒脉冲自相关仪和飞秒脉冲光谱相位相干仪实现了飞秒脉冲激光参数的准确测量，课题组提出的飞秒脉冲光谱相位还原方法降低了传统方法的测量不确定度，将我国飞秒脉冲激光参数的准确度提高到国际领先水平。　　飞秒是时间单位，1飞秒相当于10-15秒。它有多快呢?我们知道，光速是1秒钟30万公里，而在一飞秒内，光只能走0.3微米，相当于一根头发丝的1%。飞秒脉冲是人类目前在实验室条件下所能获得的在可见光至近红外波段的最短脉冲。它以其独具的持续时间极短、峰值功率极高、光谱宽度极宽等优点，在物理学、生物学、化学、光通讯、外科医疗、精细加工制造及超小器械制造等领域得到广泛的应用。如何准确地测量超短脉冲信息已成为飞秒脉冲研究领域迫切需要解决的难题。　　该课题成功解决了这一技术难题，实现了超短脉冲时域参数的精确测量，对于超短脉冲的更深一步的研究和应用具有重要意义。多家国际同行研究单位引用课题组提出的新技术成功解决了超短脉冲研究和应用中存在的技术问题，极大地提升了我国在超短脉冲激光参数测量领域的国际地位。　　据课题负责人邓玉强博士介绍，课题组在成功解决飞秒级超短脉冲参数测量的基础上，又展开了皮秒级超短脉冲测量的研究。皮秒脉冲处于纳秒脉冲和飞秒脉冲之间的带隙(1皮秒=10-12秒)，它的光谱相对较窄，难以使用测量飞秒脉冲的光谱干涉技术，而传统的自相关仪器又存在量程范围小，需要标定校准，测量准确度不高等诸多问题。为解决这些问题，课题团队又自主研发了一种新技术和装置，实现了亚十飞秒(10-14秒)至数百皮秒(10-10秒)宽度范围内超短脉冲的精确测量，能得到强度自相关和条纹分辨自相关两种结果。该装置可实现测量的自校准，不仅提高了皮秒级激光脉冲宽度的测量准确度，而且扩大了超短脉冲参数测量的量程，进一步提高了我国超短脉冲激光时域参数的测量能力。

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所邵建达研究员、晋云霞研究员团队和张江实验室李朝阳研究员在超宽带脉冲压缩光栅领域取得突破性进展。研究团队针对单周期脉冲压缩需求，成功研制超400 nm宽带金光栅，其在750-1150 nm 的波长范围内衍射效率大于90%，比现役金光栅带宽提升近一倍，并且其研制口径可进一步推向米量级。相关成果以“400nm ultra-broadband gratings for near-single-cycle 100 Petawatt lasers”为题发表于《自然-通讯》。　　拍瓦激光器的脉冲宽度从目前10-20个周期压缩到单周期(3.3 fs)结合大能量的载入被认为是实现艾瓦激光的未来。研究团队长期深耕于宽带高阈值脉冲压缩光栅领域。在本项工作进展中，超宽带金光栅的仿真设计取得突破，引入方位角扩展了设计和应用自由度 实验上掌握了光栅槽形演化规律，发明了大底宽小尖角金光栅技术(专利号：CN114879293B)，成功研制1443 g/mm和1527 g/mm超400 nm宽带金光栅。如此宽带和高阈值(优于0.3J/cm2)的超宽带光栅将在宽角非共线光参量啁啾脉冲放大系统【WNOPCPA，Laser Photonics Rev 17, 2100705(2022). https://doi.org/10.1002/lpor.202100705】中发挥关键性作用，理论计算证明其足以支撑 4 fs 脉冲压缩，可将实现百拍瓦需要的光栅口径从米级缩减至半米级。　　啁啾脉冲放大(CPA)及其衍生技术推动激光峰值功率从太瓦推向10PW量级，脉冲压缩器已成为高功率超强超短激光装置的核心模块。受限于大口径、宽光谱、高阈值压缩光栅的单路负载能力，中、欧、美、俄、韩等国均已部署多路相干合成100 PW乃至艾瓦量级的激光设施建设。除此外，单周期(3.3fs)脉冲也是产生艾瓦级激光的重要策略之一。近些年来，WNOPCPA等技术能够在工程上支撑增益介质的带宽拓展至 400 nm，从而支撑 3-6 fs的傅里叶变换极限脉冲。支持单周期脉冲展宽和压缩的超宽带光栅是实现单周期艾瓦激光的一个核心技术难题。目前，团队正将超宽带光栅的口径推向米级，并将其应用于单周期艾瓦激光的原理样机。　　研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、科技部、上海市战略新兴产业项目的支持。

导读：中智科仪（北京）科技有限公司最近成功自主研发出STC810八通道数字延迟脉冲发生器，该产品以10ps延迟精度和35ps超低抖动性能脱颖而出，打破了国外技术垄断，为我国高端科研仪器自主创新树立了里程碑。STC810拥有8个独立高精度延时通道，采用了软件、触屏和旋钮操控模式相结合，同时配备多功能接口以适应多元化需求。这一技术突破填补了国内关键设备空白，极大提振了我国自主创新信心。STC810的成功为我国科技自主发展树立了榜样，鼓舞着更多企业积极从事科技创新，共同推动我国科研装备产业向更高层次迈进。正文：在当前信息化、智能化社会中，精准的时间和信号控制技术作为众多高科技领域发展的基石，在通信、雷达探测、医学成像等重要应用中发挥着不可或缺的作用。然而，在我国市场上，高端数字延时脉冲发生器这一关键设备长期以来被美国厂家的数字延迟脉冲发生器所主导。虽然国内部分企业也投入研发同类型产品，但在核心技术指标上，如延时精度与外触发抖动等方面仍难以达到与该厂家相媲美的水平。然而，为打破国际垄断局面，实现高端数字仪器设备国产化替代的目标，中智科仪（北京）科技有限公司的研发团队历经艰辛攻关，成功推出了自主研发的台式数字延迟脉冲发生器——STC810。这款专为科研工作者精心打造的产品，在性能和人机交互体验方面都取得了显著的进展。中智科仪自主研发的STC810八通道数字延迟脉冲发生器，内置八个独立可调延时输出通道，使用户能够轻松灵活地调节延迟时间、脉冲宽度以及频率等多种参数，以满足多元化应用场景需求。在核心性能方面，STC810以卓越的10ps延时精度挑战，同时将外触发抖动降低至35ps，达到了国际一流水准，充分体现了我国在该领域的自主研发实力和技术进步。STC810摒弃了传统的数码管显示模式，采用了先进的彩色触摸屏界面设计，大大提升了操作便捷性和直观性，使得实验过程中的参数设置更为高效、准确。通过自主研发的智能软件控制系统，STC810进一步简化了实验操作流程，无论是调整延迟、设置脉冲宽度还是频率，都能迅速响应，从而极大地提高了科研工作的效率。值得一提的是，STC810还具备分频处理功能，能在外部触发模式下实现70纳秒内的超短内置延迟，并支持低至0.25V的触发阈值，兼容上升沿和下降沿触发，同时适应高阻抗和低阻抗环境下的稳定运行。通过多功能输出端口的设计，确保了STC810能够在各种复杂的应用场景下发挥出色作用，真正实现了与国际标准比肩的精准同步延时能力。为了全面剖析“STC810”八通道数字延迟脉冲发生器的研发历程、技术创新及市场前景，我们特意与中智科仪（北京）科技有限公司的研发部负责人进行了一场深度对话，共同探讨了国产同类产品目前所遭遇的挑战以及蕴含的发展机遇。通过深入挖掘“STC810”的研发故事及其关键技术突破，我们揭示了这款产品如何成功应对国际竞争压力，实现对高端市场的突破，并为我国科研领域的自主可控提供了强有力的支撑，同时也展示了国产科学仪器在追求卓越性能与便捷操控上的不懈努力与创新成果。以下视频链接是与研发负责人探讨STC810数字延迟发生器发展历程与背后故事的对话：在与中智科仪研发负责人的深度对话中，我们共同追溯和剖析了STC810数字延迟发生器的研发历程及其背后的创新故事。这次互动使我们全面回顾了产品从设计构想到实际应用的发展历史，并深入体悟到其中所经历的曲折过程和取得的重大成就，从而深刻认识到创新道路上的挑战与突破对于产品研发的重要性。中智科仪在长期深耕时间分辨成像系统领域的基础上，为应对市场和技术挑战，以及降低潜在的供应链风险，自主研发了一款台式数字延迟脉冲发生器——STC810。这款产品源自公司核心相机技术中的时序控制功能扩展，不仅实现了对延时和脉冲宽度的高精度调节，还能够与镜头耦合型sCMOS相机及EyeiTS高速像增强模组完美融合，成为时间分辨成像系统不可或缺的核心组件。研发过程历经近五年的时间，团队在面对国内同类型技术空白、基础理论研究与算法层面相对薄弱的挑战时，以及在高科技竞争日益激烈的国际环境下的担忧中，决定主动出击，攻克关键技术难题。经过数年的持续努力，去年终于取得了突破性进展，成功研发出性能媲美国际先进水平的STC810。产品的核心亮点在于其外触发抖动达到了35皮秒的极低水平，远超国内市场上最优产品的500至800皮秒表现。同时，设备采用了先进的彩色屏幕显示技术，提供丰富全面的信息展示和便捷的操作体验，极大地提升了人机交互效果。展望未来，STC810同步时序控制器有着广阔的应用前景，可广泛适用于医学成像、激光雷达、时间分辨成像、量子精密测量、仪器触发与同步等多个尖端科技领域。这款自主知识产权的产品不仅彰显了中智科仪在高端科学仪器领域的研发实力，更预示着公司在国际市场上的强大竞争力，有望为中国乃至全球科研事业的进步作出重要贡献。图1 优于35ps外触发抖动图2 10ps延时精度图3 彩色触摸屏显示图4 数字延迟脉冲发生器经典应用以下视频链接是STC810分别在PC端软件/触屏操作/面板旋钮操作下的视频演示：以下链接是华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室借助中智科仪STC810数字延迟脉冲发生器用于等离子体诊断的时序系统控制的应用分享的文章：STC810数字延迟脉冲发生器用于等离子体诊断的时序系统控制-中智科仪（北京）科技有限公司 (cis-systems.com) 以下链接是上海交通大学航空航天学院光学精细成像实验室借助中智科仪STC810数字延迟脉冲发生器用于测试激光器触发与火焰动态拍摄的应用分享的文章：STC810八通道数字延迟脉冲发生器用于激光同步触发与火焰动态拍摄-中智科仪（北京）科技有限公司 (cis-systems.com)结论：通过深入听取研发工程师对STC810数字延迟脉冲发生器从最初构思到最终实现的全程回顾，以及分享的产品在开发过程中所遭遇的各种技术难关及其克服经历，结合当前我国高端设备自主研发所面临的挑战与机遇，我们有充分理由认为，国产数字延迟脉冲发生器未来的发展路径将尤为强调核心技术的自主突破、市场疆域的有力拓展和应用领域的深层次挖掘，具体体现在以下几个核心层面：1. 核心技术自主可控： 持续投入研发，提升脉冲产生、精确延时等关键技术的自主研发能力，实现核心部件和整机系统的全面自主可控。2. 高性能产品持续创新： 瞄准国际先进水平，研制更高精度、更稳定、更具灵活性和智能化的新型数字延迟脉冲发生器产品，满足不同行业领域对精密时序控制的高端需求。3. 应用场景不断拓宽： 不断探索并进入新的应用场景，如量子计算、超快激光、高速通信、粒子加速器等领域，提供定制化解决方案和服务。4. 市场竞争力增强： 通过技术创新与品质升级，提高国产设备在国内外市场的份额和影响力，积极参与国际竞争，树立国产品牌形象。5. 产学研深度融合： 加强与高校、科研院所及产业界的协同合作，推动科技成果快速转化，共同构建完善的产业链条，支撑行业的长远健康发展。