ENERGETIQ激光驅(qū)動白光光源

現(xiàn)如今，成像和分析光譜廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域，因此需要光源在廣泛的波長范圍內(nèi)都能夠提供極高的亮度。而傳統(tǒng)的輻射校準(zhǔn)光源，如氘燈、石英窗鹵素鎢燈、氙弧光燈等都在光譜范圍、穩(wěn)定性和工作壽命上具有非常大的局限性。傳統(tǒng)光源需要在使用100小時或更短時間后進(jìn)行重新校準(zhǔn)，在使用500小時后還需要更換燈泡。經(jīng)過一系列不懈的努力，Hamamatsu集團(tuán)旗下的Energetiq公司革命性地研發(fā)出單點(diǎn)激光驅(qū)動光源技術(shù)，并將其命名為LDLS（Laser Driven Light Source），該類光源不僅可以在170 nm至2100nm的光譜范圍內(nèi)提供超高發(fā)光亮度，且LDLS的發(fā)光壽命相較于傳統(tǒng)光源也要高出一個數(shù)量級。

1.1 LDLS產(chǎn)品特點(diǎn)及優(yōu)勢

l170 nm-2100 nm波長范圍內(nèi)具有超高亮度—100μm量級發(fā)光等離子體即可實(shí)現(xiàn)

l輻照度＞10-100 mW/mm.sr.nm（波長相關(guān)）—超快速測量

l光纖耦合或自由空間光束輸出—光學(xué)靈活性高

l無電極結(jié)構(gòu)—超長壽命、超高穩(wěn)定性、超低成本

1.2 LDLS結(jié)構(gòu)和工作原理

LDLS技術(shù)和傳統(tǒng)的電致發(fā)光光源原理不同，傳統(tǒng)電致發(fā)光光源通過光源燈室電極加高壓激發(fā)燈室中氣體放電，從而發(fā)光。LDLS使用外置1000nm左右波長激光光源匯聚到光源燈室中，加熱氙等離子體，等離子體加熱到足夠的溫度時發(fā)光。傳統(tǒng)光源如弧光燈、氘燈、氙燈等，由于使用了電極耦合產(chǎn)生等離子體，亮度、UV光功率、壽命都有很大的限制。LDLS采用無電極激光驅(qū)動技術(shù)，有高效的光收集能力，可在深紫外至可見光以及更寬的光譜范圍內(nèi)提供超高發(fā)光亮度，且整個光源的發(fā)光壽命相比較于傳統(tǒng)光源也高出了整整一個數(shù)量級。

LDLS光源整體結(jié)構(gòu)由一個特殊設(shè)計(jì)的燈室，驅(qū)動激光光源，激光聚焦光路，光源輸出光路，光源控制器等主要部分組成。

圖 1.2.1 LDLS工作原理圖

1.3 LDLS產(chǎn)品系列

根據(jù)使用環(huán)境和輸出功率的不同需求，可以選擇不同型號的LDLS光源進(jìn)行匹配。其中，LDLS光源提供自由空間輸出或光纖耦合輸出的緊湊型EQ-99X系列、自由空間輸出的EQ-9系列、高亮度自由空間輸出的EQ-77系列、高功率應(yīng)用的超高亮度EQ-400系列和高亮度輸出波長可調(diào)窄光譜LDTLS系列。

圖 1.3.1 LDLS產(chǎn)品系列

1.4 LDLS性能優(yōu)勢

1.4.1 高亮度

LDLS光源是高亮度光源，所謂的高亮度光源是指光源可以從一個極小的光點(diǎn)發(fā)出強(qiáng)光。作為高亮度光源，LDLS適用于成像應(yīng)用和測量諸如微芯片，生物細(xì)胞等小型物體的應(yīng)用。

lLDLS能從100μm量級的光點(diǎn)發(fā)出超強(qiáng)光

l超小光點(diǎn)成像（<<1mm）變得更容易

lLDLS光源更容易耦合進(jìn)光纖和光譜儀

圖 1.4.1 EQ-99系列光源發(fā)光等離子體尺寸（Typical）

 

1.4.2 寬光譜分布

lLDLS光譜分布涵蓋了深紫外—可見光—近紅外的光譜范圍

l光譜分布平坦

l提供了傳統(tǒng)光源無法比擬的極紫外波段光譜強(qiáng)度（>10X）

圖 1.4.2 EQ-99X和鹵鎢燈光譜分布對比

圖 1.4.3 LDLS系列光源光譜強(qiáng)度分布和傳統(tǒng)光源對比

1.4.3 長壽命和高穩(wěn)定性

l超長燈室壽命，超9000小時典型時長（低耗材成本）。

l校準(zhǔn)時間間隔更長，與傳統(tǒng)光源（氙燈、氘燈、鹵鎢燈）相比漂移更低。

圖 1.4.4 LDLS系列光源和傳統(tǒng)光源輸出穩(wěn)定性對比

表 1.4.1 EQ-99X光源和傳統(tǒng)光源穩(wěn)定性和壽命對比

1.4.4 LDLS發(fā)光等離子體的極高空間穩(wěn)定性

l以每秒200幀的速度收集和存儲2500張圖像

l使用ImageJ（圖像分析軟件）計(jì)算每張圖像的質(zhì)心

l發(fā)光等離子體質(zhì)心位置標(biāo)準(zhǔn)差:√水平方向：0.145μm

                                                        √垂直方向：0.094μm

圖1.4.5 EQ-99系列發(fā)光等離子體質(zhì)心分布

1.5 LDLS產(chǎn)品應(yīng)用

l紫外-可見光光譜分析

l單色儀光源

l薄膜檢測

l濾光片/光學(xué)元件測試

l原子吸收光譜

l材料特征檢測

l環(huán)境分析

l高光譜成像

l氣相分析測量

l光學(xué)傳感器檢測

l生命科學(xué)與生物成像

 

1.6 FAQ

1. Energetiq LDLS光源光譜范圍？

EQ-99X, EQ-77和EQ-400光譜范圍為170nm 到2400nm，EQ-99XFC光譜范圍為 190nm 到2400nm，光譜范圍的不同由光源燈泡和光窗材質(zhì)決定。下圖中為LDLS與傳統(tǒng)氙燈、氘燈鹵素?zé)舻墓庾V強(qiáng)度分布曲線對比。

 

2. LDLS光源的功率和亮度可以到多少？

LDLS針對高亮度方面進(jìn)行了優(yōu)化，LDLS光源的功率從一個100μm左右的等離子體發(fā)出,所以LDLS光源可以在較小的輻射功率發(fā)出高亮度（spectral radiance - mwatts/nm/mm²/sr）的光。幾種LDLS光源輻射功率和亮度選擇如下：

lEQ-99X光輻射功率0.5W，光譜輻射強(qiáng)度10 mwatts/nm/mm²/sr

lEQ-77光輻射功率2W，光譜輻射強(qiáng)度40 mwatts/nm/mm²/sr

lEQ-400光輻射功率15W，光譜輻射強(qiáng)度100 mwatts/nm/mm²/sr

3. EQ-99XFC使用哪種光纖連接方式進(jìn)行輸出？

EQ-99XFC使用FC接頭連接，為了保證產(chǎn)品的穩(wěn)定輸出，我們推薦使用原廠的光纖進(jìn)行連接，目前我們可以提供不同纖芯直徑的FC-FC和FC-SMA光纖供選擇。

4. EQ-99XFC可以輸出多強(qiáng)的光功率？

EQ-99XFC輸出光功率取決于光纖的纖芯直徑和光纖對波長的選擇性，使用標(biāo)準(zhǔn)光纖輸出的光功率如下：

l600μm core fiber, 0.22NA; ~200 mwatts (broadband)

l455μm core fiber, 0.22NA; ~150 mwatts (broadband)

l230μm core fiber, 0.22NA; ~70 mwatts (broadband)

l115μm core fiber, 0.22NA; ~25 mwatts (broadband)

l50μm core fiber, 0.22NA; ~5 mwatts (broadband)

l9μm core single mode fiber; ~40 μwatts (broadband)

5. EQ-99XFC光譜輻射強(qiáng)度可以到什么范圍？

光譜輻射強(qiáng)度取決于輸出光纖纖芯直徑、波長選擇性。230μm纖芯直徑，0.22NA，長度1m的標(biāo)準(zhǔn)光纖輸出，光譜輻射強(qiáng)度圖如下所示：

6. 對EQ-99X 和 EQ-99XFC來說，控制器和光源燈室之間的光纖長度可以選擇嗎？

目前，EQ-99X 和 EQ-99XFC的控制器和光源燈室之間的光纖長度我們只提供1m的長度，其他長度暫時不能提供。

7. EQ-99XFC輸出光纖長度可以選擇嗎？

我們可以提供性能最好、抗老化的不同纖芯的光纖，目前光纖長度有1m和2m兩種選擇。我們不建議客戶選用更長長度的輸出光纖，因?yàn)榧词故亲詈玫?a style="color:blue; text-decoration:underline;" href=http://www.rayscience.com/Coupler_Machine.html target=_blank>光纖也會吸收深紫外的光。

8. 什么是LDLS光源等離子體空間穩(wěn)定性？

LDLS光源等離子體空間位置由激發(fā)激光聚焦點(diǎn)精準(zhǔn)控制，LDLS產(chǎn)品等離子體位置在x,y,z三個方向上的分布偏差均小于0.5μm。

9. LDLS光源壽命可以到多久？

EQ-99系列和EQ-77系列光源的燈泡壽命均在9000小時以上。另外，光源工作1000小時以后，燈泡的輸出功率只會衰減1%~2%。 

10. LDLS光源中的激發(fā)激光波長是多少？每種光源中的激發(fā)激光輸出功率多少？

LDLS光源中的激發(fā)激光均為特殊定制的半導(dǎo)體激光器，這些激光器的波長均在1μm左右。 EQ-99系列光源中激發(fā)激光器輸出功率在20W左右，EQ-77系列光源中激發(fā)激光器輸出功率在50W左右，EQ-400系列光源中激發(fā)激光器輸出功率在400W左右；激發(fā)激光器的功率決定了整個光源的輸出功率。

11. EQ-99系列光源的燈室溫度大概在什么范圍？

在正常實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中使用時，EQ-99X和EQ-99XFC燈室溫度約為55℃，最終溫度會隨著使用環(huán)境的變化略有區(qū)別。 

12. 什么時候使用LDLS光源需要充氮?dú)?，氮?dú)獾臍鈮盒枰嗌伲?/font>

LDLS光源產(chǎn)生大量深紫外光，200nm以下的深紫外光會使氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧，同時臭氧會吸收240nm~270nm的深紫外光。因此，如需使用170nm~270nm的深紫外光，光源在使用時需要充入純凈氮?dú)?。同時，充入氮?dú)庖部梢苑乐篃襞荼豢諝庵杏袡C(jī)蒸汽污染。 為了保證光學(xué)器件的潔凈，氮?dú)庑枰獫M足6級潔凈度，充入氮?dú)獾臍鈮盒枰３衷?/font>0.14 MPa。