飞秒激光振荡器产生的红外波长脉冲可覆盖近红外到中红外波段范围，而可见光及紫外波段飞秒脉冲的实现，需要以红外光为基频光进行谐波转换，所生成的短波飞秒脉冲具有更高的单光子能量、更小的瑞利准则极限光斑尺寸，结合飞秒脉冲的超高峰值功率，可作为极端制造的激发光源。

而不同的谐波转换获得的不同波长飞秒脉冲具有各自适合的应用领域。通过二次谐波倍频、三次谐波和频、四次谐波倍频可将红外飞秒激光器扩展为四波长飞秒激光器，在科研和工业领域具有广泛的应用价值。1030nm红外波段适用于透明材料的非线性加工；515nm绿光波段是生物成像和光伏研究的理想选择；343nm紫外波段可用于微纳加工和光谱分析；257nm深紫外波段则在半导体检测和精密加工中表现卓越。这种多波长集成系统能够满足不同工业和科研应用场景的需求，成为一种多任务适用型光源，显著提升激光器的使用效率并降低设备成本。

当前市场上大多数飞秒激光器产品仅能提供单一或双波长输出，多波长系统往往需要多台激光器组合使用，导致系统复杂、稳定性差且成本高昂。进口品牌如Coherent、Spectra－Physics等虽有个别的多波长产品，但价格昂贵且维护成本高。国内超快激光器厂商在紫外波段飞秒激光器领域的技术积累相对薄弱，特别是343nm和257nm波段的稳定输出仍面临诸多技术挑战。因此，开发具有我国自主知识产权的四波长飞秒激光器具有重要的市场价值和战略意义。

图1． 四波长飞秒激光器产品基本组成结构图（本图为示意图，仅用于表明激光器布局设计思路，并非实际结构设计图，布局图设计思想为：各波长独立倍频腔、所有倍频腔密封结构、下置温控及环境保持伺服系统、四路统一出光面 ）

奥创光子在二倍频、三倍频超短脉冲激光多年开发和供货的基础上，推出基于1030nm红外基频光的四波长飞秒激光器，其基本架构为光纤啁啾脉冲放大（FCPA）结合固体MOPA方案获得高功率、高能量近红外飞秒脉冲，经过电控式光路切换反射镜导入二倍频、三倍频和四倍频的谐波转换腔内，在局部环境保持措施的辅助下，实现了高效率、高稳定性的四波长飞秒激光输出。

图2． 四波长飞秒激光器结构图

该系统首先通过光纤振荡器产生1030nm锁模宽谱种子光，经啁啾脉冲放大后进入固体放大级提升能量。固体放大级采用了发射谱宽度较窄的Yb：YAG晶体，摈弃了盲目追求放大光谱宽度的做法，既容易提升放大功率，又在一定程度上减小了谐波转换过程相位匹配光谱接受带宽的制约，是有针对性的产品设计中一举两得的措施。四次谐波产生是本系统的核心技术难点，我们通过精密设计的非线性晶体序列（LBO＋BBO组合）和优化的相位匹配方案，成功实现了从红外到深紫外的四倍频转换。特别设计的热管理系统和光束整形透镜组确保了各波段输出激光束良好的远场光斑圆度。

本系统采用多项创新技术确保高能倍频过程的可靠性：

1）倍频晶体高效散热技术，通过TEC冷却和通光面热沉优化设计，将晶体工作温度波动控制在±0．1℃以内；

2）倍频晶体防损伤技术，采用光束整形和高峰值脉冲扩束设计，使晶体表面功率密度低于损伤阈值；

3）倍频腔内洁净环境管理技术，通过正压净化和循环过滤系统，确保光学元件长期稳定工作；

4）倍频晶体快捷维护设计，以线下半成品封装形式制造倍频晶体安装座，精密的机械式定位对准结构支持倍频晶体在使用寿命末期快速更换；

5）电控四波长切换输出技术，用户无需关机即可通过激光器软件界面实现四种波长之间的切换。

本产品主要输出参数如下：

中心波长：1030nm（基频）、515nm（二倍频）、343nm（三倍频）、257nm（四倍频）

基频光平均功率：50W

基频光最大单脉冲能量：500μJ

脉冲宽度：640fs（基频）、510fs（二倍频）、440fs（三倍频）

谐波转换效率：二倍频50％、三倍频28％、四倍频8％

87．5％（343nm）

90％（515nm）

93％（1030nm）

图3． 四波长激光器输出各波长远场光斑图样及圆度（四倍频激光超出探测器响应范围）

测试数据显示，三倍频和四倍频紫外飞秒激光的8小时功率稳定性优于1％（RMS），远场光斑圆度＞87．5％。为便于激光器用户对不同波长的光束的操控使用，倍频腔体的四个输出窗口设计为等高度，各窗口上方鲜明的颜色标识容易识别；对于多波长使用的场合，该激光器支持同时输出红外光－绿光组合、绿光－深紫外激光组合、红外光－绿光－深紫外激光组合，为多光子激发、泵浦探测等应用提供便捷。