激光驅(qū)動(dòng)白光光源(LDLS)

從光譜范圍來看，傳統(tǒng)的輻射校準(zhǔn)光源，如氘燈、石英窗鹵素鎢燈、長(zhǎng)弧氙燈等在光譜測(cè)量范圍上都具有非常大的局限性，因?yàn)樯鲜龉庠礋o法在200 nm-800 nm范圍內(nèi)保持較高的輸出。另外，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L(zhǎng)DLS(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，而且整個(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)。如下表1可見LDLS與其他傳統(tǒng)光源的性能對(duì)比。

表1 多類光源與LDLS的性能對(duì)比

LDLS產(chǎn)品特點(diǎn)

? 170 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)

? 輻照度>10-100 mW/mm.sr.nm(波長(zhǎng)相關(guān))—超快速測(cè)量

? 光纖耦合或自由空間光束輸出—光學(xué)靈活性高

? 無電極結(jié)構(gòu)—超長(zhǎng)壽命、超高穩(wěn)定性、超低成本

LDLS結(jié)構(gòu)和工作原理

LDLS是一種激光驅(qū)動(dòng)光源，其本質(zhì)還是氙燈。LDLS和傳統(tǒng)電致發(fā)光光源原理不同是光致發(fā)光。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中內(nèi)置了特殊定制的氙燈燈室，氙燈燈室會(huì)先通電，激發(fā)出氙等離子體，通過外置1000 nm左右波長(zhǎng)激光光源輸出恒等功率匯聚到光源燈室中，光會(huì)經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚，照射加熱氙等離子體上，等離子體加熱到足夠的溫度時(shí)，就會(huì)發(fā)出高亮度的光。燈室發(fā)光后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給燈室斷電，發(fā)光等離子體的狀態(tài)就一直由外部激光器所保持。(詳見圖1)

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(dòng)技術(shù)，有高效的光收集能力，亦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，而且整個(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 LDLS發(fā)光原理示意及動(dòng)態(tài)演示圖

LDLS產(chǎn)品系列

圖2 LDLS及相關(guān)模塊化產(chǎn)品一覽

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-99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。(見表2)

表2 LDLS光源主要產(chǎn)品

此外還提供高亮度輸出波長(zhǎng)可調(diào)窄光譜LDTLS系列(見表3)，以及2022年還發(fā)布了新的可以精準(zhǔn)控制輸出光譜特性的CES光源(Chromatiq Spectral EngineTM)點(diǎn)擊此處可了解該產(chǎn)品。

表3 LDTLS系列光源主要產(chǎn)品

LDLS性能優(yōu)勢(shì)

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;

? LDLS光源作為一種高亮度光源，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;

? LDLS能從100μm量級(jí)的光點(diǎn)發(fā)出超強(qiáng)光;

? 超小光點(diǎn)成像(<<1mm)變得更容易;

? LDLS光源更容易耦合進(jìn)光纖和光譜儀。

圖3 EQ-99系列光源發(fā)光等離子體尺寸(Typical)

2 、寬光譜分布

? LDLS光譜分布涵蓋了深紫外—可見光—近紅外的光譜范圍;

? 光譜分布平坦;

? 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4 EQ-99X和鹵鎢燈光譜分布對(duì)比

圖5 LDLS系列光源光譜強(qiáng)度分布和傳統(tǒng)光源對(duì)比

3、長(zhǎng)壽命和高穩(wěn)定性

? 具有超長(zhǎng)燈室壽命，超9000小時(shí)典型時(shí)長(zhǎng)(低耗材成本);

? 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6 LDLS系列光源和傳統(tǒng)光源輸出穩(wěn)定性對(duì)比

表4 EQ-99X光源和傳統(tǒng)光源穩(wěn)定性和壽命對(duì)比

4、LDLS發(fā)光等離子體的極高空間穩(wěn)定性

? 以每秒200幀的速度收集和存儲(chǔ)2500張圖像 ;

? 使用ImageJ(圖像分析軟件)計(jì)算每張圖像的質(zhì)心;

? 發(fā)光等離子體質(zhì)心位置標(biāo)準(zhǔn)差: 水平方向：0.145 μm;垂直方向：0.094 μm。

圖7 EQ-99系列發(fā)光等離子體質(zhì)心分布

LDLS產(chǎn)品應(yīng)用

? 紫外-可見光光譜分析

? 單色儀光源

? 薄膜檢測(cè)

? 濾光片/光學(xué)元件測(cè)試

? 原子吸收光譜

? 材料特征檢測(cè)

? 環(huán)境分析

? 高光譜成像

? 氣相分析測(cè)量

? 光學(xué)傳感器檢測(cè)

? 生命科學(xué)與生物成像

審核編輯黃宇