ENERGETIQ激光驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)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(shí)或更短時(shí)間后進(jìn)行重新校準(zhǔn)，在使用500小時(shí)后還需要更換燈泡。經(jīng)過(guò)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(dòng)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(gè)數(shù)量級(jí)。

1.1 LDLS產(chǎn)品特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

l170 nm-2100 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有超高亮度—100μm量級(jí)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(zhǎng)相關(guān)）—超快速測(cè)量

l光纖耦合或自由空間光束輸出—光學(xué)靈活性高

l無(wú)電極結(jié)構(gòu)—超長(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)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(shí)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(wú)電極激光驅(qū)動(dòng)技術(shù)，有高效的光收集能力，可在深紫外至可見(jiàn)光以及更寬的光譜范圍內(nèi)提供超高發(fā)光亮度，且整個(gè)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(gè)數(shù)量級(jí)。

LDLS光源整體結(jié)構(gòu)由一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的燈室，驅(qū)動(dòng)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(hào)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(zhǎng)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(shì)

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(gè)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(cè)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(jí)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(jiàn)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(wú)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(duì)比

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

1.4.3 長(zhǎng)壽命和高穩(wěn)定性

l超長(zhǎng)燈室壽命，超9000小時(shí)典型時(shí)長(zhǎng)（低耗材成本）。

l校準(zhǔn)時(shí)間間隔更長(zhǎng)，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(duì)比

表 1.4.1 EQ-99X光源和傳統(tǒng)光源穩(wěn)定性和壽命對(duì)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(chǔ)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(jiàn)光光譜分析

l單色儀光源

l薄膜檢測(cè)

l濾光片/光學(xué)元件測(cè)試

l原子吸收光譜

l材料特征檢測(cè)

l環(huán)境分析

l高光譜成像

l氣相分析測(cè)量

l光學(xué)傳感器檢測(cè)

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(duì)比。

 

2. LDLS光源的功率和亮度可以到多少？

LDLS針對(duì)高亮度方面進(jìn)行了優(yōu)化，LDLS光源的功率從一個(gè)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(duì)波長(zhǎng)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(zhǎng)選擇性。230μm纖芯直徑，0.22NA，長(zhǎng)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(duì)EQ-99X 和 EQ-99XFC來(lái)說(shuō)，控制器和光源燈室之間的光纖長(zhǎng)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(zhǎng)度我們只提供1m的長(zhǎng)度，其他長(zhǎng)度暫時(shí)不能提供。

7. EQ-99XFC輸出光纖長(zhǎng)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(zhǎng)度有1m和2m兩種選擇。我們不建議客戶選用更長(zhǎng)長(zhǎng)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(huì)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(gè)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(shí)以上。另外，光源工作1000小時(shí)以后，燈泡的輸出功率只會(huì)衰減1%~2%。 

10. LDLS光源中的激發(fā)激光波長(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)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(shí)，EQ-99X和EQ-99XFC燈室溫度約為55℃，最終溫度會(huì)隨著使用環(huán)境的變化略有區(qū)別。 

12. 什么時(shí)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(huì)使氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧，同時(shí)臭氧會(huì)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(shí)需要充入純凈氮?dú)狻Ｍ瑫r(shí)，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(jí)潔凈度，充入氮?dú)獾臍鈮盒枰３衷?/font>0.14 MPa。